一种基于纵向涡的h型鳍片管省煤器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，包括若干个依次排列H型鳍片，所述鳍片均垂直焊接到鳍片管上，每个所述鳍片的来流方向的部分金属形成若干向上翻起的翼片，所述翼片与鳍片表面来流方向形成冲角；当流体流过设有翼片的鳍片管通道时会产生一系列的纵向涡，在纵向涡的作用下，流体有了垂直于主流方向的分速度，该分速度加速了主流区与鳍片的传热壁面附近流体的混合，促进鳍片传热壁面附近流体和主体区流体的动量和能量的交换，使得边界层减薄或被破坏，减小了传热热阻，提高了对流传热系数。
【专利说明】—种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器。
【背景技术】
[0002]换热器作为不同温度流体介质进行热量交换而实现加热或冷却目的的通用设备，广泛应用于国民经济的各个部门。换热器性能的好坏、传热系数的高低直接关系到能源的利用效率。应用强化传热技术，提高换热器传热效能，减少换热器金属消耗量和初投资，降低换热器运行能耗，对实现节能减排、可持续发展具有重要的现实意义。
[0003]作为一种高效紧凑的强化传热元件，鳍片管获得了普遍的工业应用。大到火力发电厂的省煤器管束，小到冷却计算机芯片的热管散热器，以鳍片管为主要换热元件的换热器广泛应用于电力、化工、制冷、电子器件冷却等领域。通过在鳍片上加工出突起的翼片一纵向涡发生器，换热流体流过鳍片表面，在纵向涡发生器尾部会产生一系列纵向涡，这些纵向涡加强了传热壁面附近流体和主流区流体的动量能量交换，通过改变二次流的分布及速度场与温度场的协同性来强化换热。纵向涡发生器作为一种无源强化换热方式，能以相对较小的阻力损失获得较大的强化传热效果，成为研究热点之一。
[0004]随着国家环保政策的严格落实，电站锅炉烟气脱销改造已成为大型火电机组的必修课。而在实际执行过程中，火电企业面对的技术难题之一即为省煤器后烟温过高，超出了脱销催化剂的反应温度，使之无法产生作用。解决该难题的最好办法就是提高省煤器的整体传热性能，增大热交换量，降低其热交换过后的烟气温度。因此，采用一些新的强化传热技术来提高省煤器传热元件的换热特性对于机组安全、稳定、经济运行有着重要的意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，使之在相同空间及相同金属用量的前提下提高省煤器的换热总量，降低排烟温度。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，包括若干个依次排列H型鳍片，所述H型鳍片均垂直焊接到鳍片管上，每个所述H型鳍片的来流方向的部分金属形成若干向上翻起的翼片，所述翼片与H型鳍片表面来流方向形成冲角；当流体流过设有翼片的鳍片管通道时会产生一系列的纵向涡，在纵向涡的作用下，流体有了垂直于主流方向的分速度，该分速度加速了主流区与H型鳍片的传热壁面附近流体的混合，促进H型鳍片传热壁面附近流体和主体区流体的动量和能量的交换，使得边界层减薄或被破坏，减小了传热热阻，提高了对流传热系数。
[0008]所述冲角的角度为30° -60°。
[0009]每个所述H型鳍片的翼片个数为2-4个。
[0010]至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左上角和右上角。
[0011]至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左上角和右下角。[0012]至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左下角和右上角。
[0013]至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左下角和右下角。
[0014]本发明的有益效果:
[0015]I本发明可以改变翼片后方二次流的分布及速度场与温度场的协同性，显著提高鳍片传热壁面的表面传热系数；
[0016]2本发明可以在相同空间及相同金属用量的前提下提高省煤器的换热总量，降低排烟温度，节能效果显著；
[0017]3本发明可以在鳍片表面形成纵向涡，减少积灰，提高相关设备运行的可靠性；
[0018]4本发明加工工艺简单，生产效率高，制造成本与优化前相当。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为鳍片管鳍片管省煤器物理模型切片图；
[0020]图2为平直鳍片及不同冲角鳍片的传热特性对比图；
[0021]图3为平直鳍片及不同冲角鳍片的阻力特性对比图；
[0022]图4为平直鳍片及不同冲角鳍片的综合传热性能PEC值对比图；
[0023]图5为优化后(带有翼片)鳍片管管外Y向速度场分布图；
[0024]图6为平直鳍片管管外Y向速度场分布图；
[0025]图7为优化后(带有翼片)鳍片管外温度场分布图；
[0026]图8为平直鳍片管外温度场分布图；
[0027]图9为平直鳍片及β=30°冲角鳍片在不同管内流速下传热特性试验结果对比图；
[0028]图10为平直鳍片及β=30°冲角鳍片在不同管内流速下阻力特性试验结果对比图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0030]一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，包括若干个依次排列H型鳍片，所述H型鳍片均垂直焊接到鳍片管上，每个所述H型鳍片的来流方向的部分金属形成若干向上翻起的翼片，所述翼片与H型鳍片表面来流方向形成冲角；当流体流过设有翼片的鳍片管通道时会产生一系列的纵向涡，在纵向涡的作用下，流体有了垂直于主流方向的分速度，该分速度加速了主流区与H型鳍片的传热壁面附近流体的混合，流体混合后经过H型鳍片传热壁面，促进H型鳍片传热壁面附近流体和主体区流体的动量和能量的交换，使得边界层减薄或被破坏，减小了传热热阻，提高了对流传热系数。
[0031]所述冲角的角度为30° -60°。
[0032]每个所述H型鳍片的翼片个数为2-4个。
[0033]实施例1:至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左上角和右上角。
[0034]实施例2:至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左上角和右下角。
[0035]实施例3:至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左下角和右上角。
[0036]实施例4:至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左下角和右下角。[0037]经典理论认为纵向涡强化对流换热的机理为:
[0038]当粘性流体流过放置平直鳍片管的通道时，流体在垂直于主流的方向上几乎没有分速度，故而在壁面法向方向上只能依靠分子的宏观粘性和热传导，这样动量与能量的交换很弱。而当粘性流体流过放置带有翼片的鳍片管通道时，在纵向涡等二次流动作用下，流体有了垂直于主流方向的分速度，该分速度加速了主流区与传热壁面附近流体的混合，促进了两者之间的动量与能量的交换，使得边界层减薄或被破坏，减小了传热热阻，有效提高了对流传热系数。
[0039]场协同理论认为纵向涡强化对流换热的机理为:
[0040]过增元院士从流场和温度场相互配合的角度重新审视对流换热物理机制，在此基础上提出了换热强化的场协同原则，揭示了现有各种对流换热和强化传热现象的物理本质。
[0041]以二维层流边界层/通道流模型为例对场协同原理进行了阐释，最终推导方程为
【权利要求】
1.一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，其特征是，包括若干个依次排列H型鳍片，所述H型鳍片均垂直焊接到鳍片管上，每个所述H型鳍片的来流方向的部分金属形成若干向上翻起的翼片，所述翼片与H型鳍片表面来流方向形成冲角，使得流体流过鳍片管通道时会产生一系列的纵向涡，在纵向涡的作用下，流体有了垂直于主流方向的分速度，该分速度加速了主流区与H型鳍片的传热壁面附近流体的混合，促进H型鳍片传热壁面附近流体和主体区流体的动量和能量的交换，使得边界层减薄或被破坏，减小了传热热阻，提高了对流传热系数。
2.如权利要求1所述的一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，其特征是，所述冲角的角度为 30° -60。。
3.如权利要求1所述的一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，其特征是，每个所述H型鳍片的翼片个数为2-4个。
4.如权利要求1所述的一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，其特征是，至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左上角和右上角。
5.如权利要求1所述的一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，其特征是，至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左上角和右下角。
6.如权利要求1所述的一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，其特征是，至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左下角和右上角。
7.如权利要求1所述的一种基于纵向涡的H型鳍片管省煤器，其特征是，至少2个所述翼片分别分布在H型鳍片的左下角和右下角。
【文档编号】F22D1/00GK103557513SQ201310545617
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】姜波, 郝卫东, 胡志宏, 刘福国, 王家新 申请人:国家电网公司, 山东电力研究院