本发明专利技术公开了一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器，包括壳体、芯管及缠绕管束，所述芯管设置在壳体中心位置处，且芯管一端设有尾气进口，另一端设有尾气出口，所述缠绕管束沿轴向螺旋缠绕在芯管的外壁上，所述缠绕管束设有两根，包括换热管一及换热管二，所述换热管一及换热管二的内壁沿水流方向设有锥形凸胞，从而提高换热效果。本发明专利技术的有益效果是：换热器中缠绕管采用螺旋结构，有利于湍流发展，并能产生强烈的二次环流，强化了管内换热效率；壳程换热空间结构较复杂，流体冲刷螺旋管束进行换热，由于相邻缠绕管网之间缠绕方式相反，增强了壳程流体的扰动，而且与管内流体构成叉流换热方式，有效增大冷热源间的传热温差。有效增大冷热源间的传热温差。有效增大冷热源间的传热温差。
【技术实现步骤摘要】
一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器
[0001]本专利技术涉及工业换热设备
，具体涉及一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器。
技术介绍
[0002]换热器由于其结构坚固、使用弹性大、适应性强等特点在化工、石油、电力等方面应用广泛,随着微电子、医疗、航空航天等方面的特殊要求而向小型化发展,其在设计方法、结构形式、材料参数等方面均有很大的上升空间。现阶段对于列管式换热器的研究多从管内对流换热强化入手,其机理主要是:在进行换热时,热阻主要集中在边界层,强化换热的关键是要减薄或破坏边界层,达到强化换热的目的。
[0003]缠绕管式换热器是一种特殊的管壳式换热器，是20世纪初在管壳式换热器的基础上发展起来的高效换热结构。缠绕管式换热器结构紧凑、整体换热系数高、承压能力较强，广泛应用于LNG、重烷烃液化分离以及液氮洗等装置中。近年来，由于缠绕管式换热器的良好换热性能，在石油化工等行业的应用愈加广泛，对其传热特性的研究获得了更多学者关注。如何进一步改善管程和壳程的换热性能，以获得更紧凑的结构；如何进一步创新换热器结构，以适应越来越多工业领域的应用；以及进一步优化新型换热器传热的计算模型，均是换热器传热研究的重要内容。
技术实现思路
[0004]针对现有技术存在的上述技术问题，本申请的目的在于提供一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器，其特征在于，包括壳体、芯管及缠绕管束，所述芯管设置在壳体中心位置处，且芯管一端设有尾气进口，另一端设有尾气出口，所述缠绕管束沿轴向螺旋缠绕在芯管的外壁上，所述缠绕管束设有两根，包括换热管一及换热管二，所述换热管一及换热管二的内壁沿水流方向设有锥形凸胞，从而提高换热效果。
[0006]所述的一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器，其特征在于，所述换热管一与换热管二呈螺旋对向并管绕制在芯管的外壁上。
[0007]所述的一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器，其特征在于，所述换热管一上两端分别设有进水口一、出水口一，且进水口一位于芯管上端，出水口一位于芯管下端；所述换热管二两端分别设有进水口二、出水口二，且进水口二位于芯管下端，出水口二位于芯管上端。
[0008]所述的一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器，其特征在于，所述换热管一及换热管二内的锥形凸胞设置在管件内壁的相对两侧，且采用对排或错排分布设置。
[0009]本专利技术的有益效果是：1）换热器中缠绕管采用螺旋结构，有利于湍流发展，并能产生强烈的二次环流，强化了
管内换热效率；壳程换热空间结构较复杂，流体冲刷螺旋管束进行换热，由于相邻缠绕管网之间缠绕方式相反，增强了壳程流体的扰动，而且与管内流体构成叉流换热方式，有效增大冷热源间的传热温差。
[0010]2）换热器中缠绕管内壁设置锥形内凸胞结构结合，大大增加了换热量和换热效率。
[0011]3）缠绕式换热器的设计不仅能够有效降低能耗，而且还能够有效降低装置的占据空间。
附图说明
[0012]图1为本专利技术缠绕式换热器示意图；图2为本专利技术凸胞换热管几何模型示意图；图3为本专利技术对排凸胞换热管示意图；图4为本专利技术错排凸胞换热管示意图；图5为本专利技术Nu在不同Re下随无量纲半径I的变化；图6为本专利技术PEC指数在不同Re下随无量纲半径I的变化；图7为本专利技术Nu在不同Re下随着节距P的变化；图8为本专利技术PEC指数在不同Re下随节距P的变化曲线；图9为本申请不同排布方式对平均Nu的影响关系图；图中：1-壳体，2-芯管，3-尾气进口，4-出水口二，5-换热管一，6-换热管二，7-出水口，8-尾气出口，9-进水口二，10-进水口一，11-锥形凸胞。
具体实施方式
[0013]以下结合说明书附图，对本专利技术作进一步描述。
[0014]如图1-9所示，一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器，包括壳体1、芯管2、尾气进口3、出水口二4、换热管一5、换热管二6、出水口7、尾气出口8、进水口二9、进水口一10及锥形凸胞11。
[0015]实施例：芯管2设置在壳体1内部中心位置处，且芯管2一端设有尾气进口3，另一端设有尾气出口8，芯管2的外壁上沿轴向螺旋缠绕设置缠绕管束，缠绕管束设有两根，包括换热管一5及换热管二6，换热管一5与换热管二6呈螺旋对向并管绕制在芯管2的外壁上，所述换热管一5及换热管二6的内壁沿水流方向设有锥形凸胞11。
[0016]换热管一5上两端分别设有进水口一10、出水口一7，且进水口一10位于芯管2上端，出水口7一位于芯管2下端；所述换热管二6两端分别设有进水口二9、出水口二4，且进水口二9位于芯管2下端，出水口二4位于芯管2上端。
[0017]换热管一5及换热管二6内的锥形凸胞11设置在管件内壁的相对两侧，且采用对排或错排分布设置。
[0018]性能实验：取实际工程中换热管的5个周期作为研究对象,采用锥形凸胞换热管,换热管长度为400 mm,换热管半径R为10mm,壁厚为2 mm,凸胞直径d=2r,r为凸胞深度(mm)；同侧凸胞节距
为P，为了使管内流体充分发展,在进出口分别接了80 mm的圆直管，定义无量纲半径I=r/R,通过改变无量纲半径I、凸胞节距P对换热特性进行分析,并且有两种排列方式：对排和错排。
[0019]选取工业环境中边界条件:以水为工质,入口采用速度入口,速度值为0.48 m/s,入口温度为353.15 K,壁面设置为恒壁温273.15 K,出口为压力出口。并且流体介质重力忽略不计；将流体视为牛顿流体，不可压缩，且流体物性参数为常数；换热管入口处截面的流体速度、温度均匀。锥形凸胞的存在提高换热性能的同时,也会相应地引起流动阻力的增加,因此采用PEC 指数来综合考虑换热性能和流动阻力。
[0020]式中:Nu—凸胞管的努塞尔数;Nu0—光滑管的努塞尔数;f—凸胞管的摩擦阻力系数;f0—光滑管的摩擦阻力系数。
[0021]图5是在Re为13 136～52 544的范围内,不同无量纲尺寸I对平均努塞尔数Nu的影响。
[0022]由图5可知,凸胞管的换热特性明显大于光滑管,其换热特性随着无量纲尺寸的增加而增加,较光滑管相比最少提高15%。无量纲半径I为0.1、0.2时，换热性能相差不大，换热性能从无量纲半径I=0.3之后增加的幅度较明显。无量纲半径I一定时，换热性能随着雷诺数的增加而增加,但增加的幅度逐渐减小。这种现象说明当Re数较小时,凸胞管的换热性能较光滑管更优，同时结合PEC来进行比较，图6为PEC指数在不同Re下随无量纲半径I的变化曲线。由图6可知,在Re一定时,PEC随无量纲半径I的增大而减小,且减小的趋势越来越大。凸胞管I=0.1～0.6时,其综合性能优于光滑管,当I=0.2,Re=17 514时,PEC值达到最大,最大值为1.246,其综合换热性能最佳;无量纲半径I大于0.6之后,其相较光滑管的优势逐渐消失,甚至差于光滑管,此时的凸胞管无量纲半径I已不适用于强化换热,这是因为随着无量纲半径I的增本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器，其特征在于，包括壳体（1）、芯管（2）及缠绕管束，所述芯管（2）设置在壳体（1）中心位置处，且芯管（2）一端设有尾气进口（3），另一端设有尾气出口（8），所述缠绕管束沿轴向螺旋缠绕在芯管（2）的外壁上，所述缠绕管束设有两根，包括换热管一（5）及换热管二（6），所述换热管一（5）及换热管二（6）的内壁沿水流方向设有锥形凸胞（11），从而提高换热效果。2.根据权利要求1所述的一种螺旋缠绕管式锥形内凸胞换热器，其特征在于，所述换热管一（5）与换热管二（6）呈螺旋对向并管绕制在芯管（2）的外壁上...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾明伟，郑明凯，江雨馨，朱佳良，娄维尧，蔡姚杰，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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