[发明专利]一种管内气雾冷却系统

说明书

本发明提供一种管内气雾冷却系统，其原理是利用喷嘴供气管路内高压气体通过喷嘴在喷嘴出口处形成负压，利用虹吸作用将液体管路中液体吸出并进行雾化，带有雾化液滴的气雾混合物在射流器管路高压气体的作用下对气雾进行二次雾化，并对气雾进行加速，使得气雾具有较大的速度可以克服管道的沿程阻力损失，同时也可以减小喷嘴雾化锥角，利于气雾混合物在管内流动及混合物中液滴均匀分布；该系统主要包括液体管路系统、喷嘴供气管路系统、射流器供气管路系统、稳压管路系统、射流器以及喷嘴装置。该气雾冷却方法因利用液滴的相变吸热，具有较高的换热效率，同时该设备系统操作简单，液滴含量和直径以及气雾流动速率易于调节。

技术领域

本发明属于流动换热技术领域，涉及一种管内气雾冷却系统。

背景技术

目前关于管内流动换热主要可以分为单相流动换热和两相流动换热，单相流动换热可以分为单相气体和单相液体，对于单相气体流动换热，因为气体比热容较小，换热能力较弱，而为了增加换热效率，普遍通过增加肋片提高换热能力，但会造成管件制作成本增加；对于单相液体流动换热，虽然其比热容较大，具有很高的换热能力，但是当管件壁面温度较大或热流密度较大时，液体与管壁接触会发生液体急剧蒸发，在液体和管壁之间产生蒸汽，阻碍液体与管壁之间的换热，使得液体流动换热能力减弱，甚至会出现传热恶化现象，导致管件损坏。此外某些条件不适合使用单相液体冷却，一旦管路泄露，有极大的安全隐患；对于两相流动换热，气液会在管内出现分层，造成管壁换热不均匀，易产生热应力变形。如何在不增加换热管制作成本的基础上，尽可能提高换热能力，已成为管内换热流动技术领域的主要难题。

喷雾冷却是目前新型冷却方式之一，其主要是借助高压气体或者外界动力使得液体通过喷嘴雾化为20-100um的小液滴，强制喷射到受热物体表面，形成液膜，通过单相流动换热和液滴相变吸热而带走热量的一种高热流强制冷却技术。与单相强制对流换热方式相比，其将液体雾化为液滴扩展了对流换热面积，并引入了液滴的相变换热。因此，具有换热性能良好、无沸腾滞后性、系统压力不大、冷却表面的温度均匀性较好、工质需求量小等优点。然而目前关于喷雾冷却只局限于大空间换热或以一定角度喷射到换热壁面的换热方式，无法应用于小口径管路或复杂形状管路(如螺旋管)。针对管内流动换热，目前还没有学者提出相关技术手段，主要是因为雾化锥角的存在造成液滴撞击管内壁，致使液滴在管内壁出现凝结现象。如何减弱喷嘴雾化锥角和液滴撞击管内壁成为制约喷雾冷却应用于管内流动换热的主要原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种管内气雾冷却系统及方法，提高换热器的换热效率，可在短时间内快速降低管道温度，打破了传统喷雾冷却方法的局限性，具有安装简单、使用操作方便、响应及时、换热效率高等优点。

本发明采用以下技术方案实现发明目的。

本发明提出的一种管内气雾冷却系统，包括供液系统、喷嘴供气系统、射流器供气系统、稳压系统、喷嘴装置、射流器和连接套管；所述的喷嘴装置为两相流喷嘴，整体为长圆柱结构，包括底部供气接口和侧部下方进液体接口，中部外周设有螺纹；所述射流器整体为Y型结构由主管和侧管两部分构成，主管一侧与待冷却的管路相连接，另一侧内部连接一根口径小于主管的直管，直管一侧插入射流器主管内，通过螺纹与射流器主管相连接，直管另一侧与射流器供气系统相连接；射流器侧管外周端口处设有螺纹；喷嘴装置部分插入射流器侧管内，所述的连接套管壁上对称设有空气吸入口，连接套管通过螺纹将喷嘴装置与射流器侧管连接；喷嘴装置的供气接口通过管路与喷嘴供气系统连接，进液体接口通过管路与喷嘴供液系统连接；稳压系统通过管路同时与射流器供气系统和喷嘴供气系统。