[实用新型]一种用于非牛顿流体的换热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种换热器技术，特别是涉及一种用于非牛顿流体的换热器。

背景技术

非牛顿流体是指剪应力和剪切变形速率之间不满足线性关系的流体，其表观粘度可用幂律非牛顿模型表示。非牛顿流体在石油、化工、轻工、食品、纺织、高分子及塑料工业以及生物医学工程等许多领域都有广泛的应用。近年来，在能源领域发展起来的新型传热流体如纳米流体、潜热型热流体等，也有部分属于非牛顿流体。非牛顿流体通常具有高的粘度，传热边界层较厚，粘性作用力影响大，在传热强化的同时流阻也显著增加。比如采用螺旋槽管强化非牛顿流体混浊橙汁的冷却传热，与光滑管对比，传热系数提高不到15%，可压降却是光滑管的2至7倍。因此，在非牛顿流体的实际应用中，许多换热过程仍然广泛采用搅拌器结构，通过夹套或设置盘管对流体进行加热，并利用搅拌桨的搅拌作用实现传热强化，这种强化传热的操作方式物料不能实现连续化生产，只能是间歇式操作，从而大大影响了产生效率和成本。

采用换热器对非牛顿流体进行直接换热可实现连续生产。但其高的粘度导致低的传热系数，这就需要大的换热面积，同时能耗也增加，而采用强化传热技术是开发高效换热器的有效途径。但对于非牛顿流体，由于粘度大，利用翅片或凸肋等粗糙元激发流体产生强烈湍动和促进边界层分离实现传热强化的同时，势必导致很大的压力损失。目前，国内广泛使用的高粘度非牛顿流体换热器仍为传统的弓型隔板换热器结构，这种换热器具有以下缺点：

1.管间流体在折流板间往返折流冲刷管束，在此过程中折流造成的流体形体阻力大、压降高，容易引起管束的振动破坏；

2.弓型隔板存在流动死区，介质易结垢，从而影响换热器的性能和使用寿命；

3.采用光翅片管进行传热强化，由于粘度大导致压降高。

采用螺旋壳程结构的换热器，具有流体流动均匀、没有死区，压降低且不易引起管束振动的优点；而采用螺旋折流板作为管间支撑结构的换热器能克服弓型折流板换热器的固有缺点；将螺旋折流板与椭圆管进行搭配，可进一步提高换热器的传热性能。将流体在椭圆管表面因曲率效应形成的二次流与螺旋流动时因离心力作用形成的二次流结合在一起，实现高粘度非牛顿流体在传热管表面及传热管之间二次流的耦合强化传热，由于没有翅片或粗糙元对流体的强烈扰动，因此不会导致压降的明显增加。

实用新型内容

一种用于非牛顿流体的换热器，包括封头、壳体和管板；在管板之间设有螺旋折流板、定距管和多个传热管，螺旋折流板由定距管固定；多个传热管排布构成管束，定距管和管束穿过螺旋折流板，定距管和管束的两端分别与管板连接；在封头上设有工艺热水的出口和工艺冷水的进口，在壳体上设有高温余热废水的进口和换热后低温余热废水的出口。

优选的，所述传热管为椭圆管。

优选的，所述传热管通过三角形布管、转角三角形布管、正方形布管、转角正方形布管或同心圆布管的方式排布成管束。

优选的，所述螺旋折流板是由若干四分之一椭圆板沿换热器中心轴线的轴向排列成的螺旋结构，该椭圆板倾斜于换热器的中心轴线，并沿管束径向每一圆周由四块椭圆板交叉排列并拼接成螺旋状；各相邻椭圆板周边呈连续螺旋线，或为整体连续的螺旋结构。

优选的，所述管束的中心设有中心管。

优选的，所述换热器的壳体为固定管板式、浮头式或U型管式的结构。

优选的，构成本实用新型换热管所用的材料是碳钢、不锈钢或其他合金。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.螺旋折流板使得流体在壳程流动均匀，呈连续平稳的螺旋塞状流，流体的流动反混少，不存在流动死区，因此余热介质不易在壳程结垢；

2.流体的旁路流和泄漏流影响小，压降低，故余热介质在流动过程中对管束的振动破坏小；

3.利用椭圆管表面曲率效应形成的二次流，促进高粘度流体边界层的扰动和分离，从而提高管外的对流传热系数；

4.结合螺旋折流板和椭圆管的优点，传热系数高、性能稳定、压降低，不易结垢，特别适合在高粘度非牛顿流体的传热强化。

附图说明

图1为本实用新型实施例换热器的结构示意图。

图2为本实用新型实施例螺旋折流板管束的结构示意图。

图3为本实用新型实施例具有中心管的螺旋折流板管束的结构示意图。

图4为本实用新型实施例椭圆传热管的结构示意图。

图5为本实用新型实施例椭圆传热管的横截面图。

图6为本实用新型实施例管束的正三角形布管图。

具体实施方式