脉动流场下黄原胶-非牛顿纳米流体换热器的制作方法

本发明属于工程设备领域，具体涉及一种脉动流场下黄原胶-非牛顿纳米流体换热器。

背景技术：

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备，化工，石油等近30多种产业，相互形成产业链条。数据显示2010年中国换热器产业市场规模在500亿元左右，主要集中于石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场，其市场规模为150亿元；电力冶金领域换热器市场规模在80亿元左右；船舶工业换热器市场规模在40亿元以上；机械工业换热器市场规模约为40亿元；集中供暖行业换热器市场规模超过30亿元，食品工业也有近30亿元的市场。另外，航天飞行器、半导体器件、核电常规岛核岛、风力发电机组、太阳能光伏发电、多晶硅生产等领域都需要大量的专业换热器，这些市场约有130亿元的规模。国内换热器行业在节能增效、提高传热效率、减少传热面积、降低压降、提高装置热强度等方面的研究取得了显著成绩。基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长，2011年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10-15％左右的速度增长，到2020年我国换热器行业规模有望达到1500亿元。

但目前传统的换热器大都采用直壁管换热器和常规冷却剂(氟利昂、氨、水、空气、盐水等)，换热效率相对较低，节能减排的效果不明显。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是强化管路系统的能量利用，将波壁管、纳米流体、非牛顿流体结合起来的换热器将得到一种非常高效的新型换热器，波壁管热质传递效率高，方便拆卸；纳米流体相对于传统流体导热系数高；黄原胶-非牛顿纳米流体能进一步提高纯纳米流体热导率。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种脉动流场下黄原胶-非牛顿纳米流体换热器，包括新型管、上支撑架、支撑架、底座、脉动泵；

所述支撑架安装在底座上，所述支撑架位于上支撑架和底座之间，所述上支撑架与支撑架固定连接；

所述支撑架上固定安装有新形管，所述新形管包括波壁管和u形肘管，相邻的波壁管通过所述u形肘管固定连接，所述温度传感器ⅰ位于所述波壁管的内部，所述温度传感器ⅱ位于所述u形肘管的内部；所述黄原胶(xanthangum,(c35h49o29)n)-非牛顿纳米流体位于新形管的内部，作为纳米流体工质，所述上支撑架上固定有脉动泵，所述脉动泵与所述新形管的入口端连接。

进一步地，所述黄原胶-非牛顿纳米流体为含有cu纳米颗粒的黄原胶非牛顿水基纳米流体。

进一步地，所述波壁管的数量大于所述u形肘管的数量。

进一步地，所述波壁管的数量和所述温度传感器ⅰ的数量相等，所述u形肘管的数量和所述温度传感器ⅱ的数量相等。

进一步地，所述新形管由n个装有温度传感器ⅰ的波壁管和n-1个装有温度传感器ⅱ的u形肘管依次间隔连接组成，n为大于等于2的自然数。

进一步地，所述温度传感器ⅰ和温度传感器ⅱ分别通过导线与所述电源连接。

进一步地，所述新形管的整体高度小于所述支撑架的高度。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本发明装置在波纹管结构和非牛顿流体纳米流体的共同作用下提高了换热系数，方便按安装空间调控。本发明装置内部采用波纹结构，冷却剂采用黄原胶-非牛顿纳米流体，工质流动时在内部产生涡流，达到强化换热的效果。管外部采用波纹结构，增加接触面积，强化换热效果。本发明新形管内流体工质采用黄原胶-非牛顿纳米流体强化传热。本发明在新形管的入口端设置了脉动泵，脉动泵对工作流体流速叠加正弦运动，增加工质内部的扰动。

附图说明

图1是本发明脉动流场下黄原胶-纳米流体换热器的结构示意图图；

图2是本发明新形管的结构示意图；

图3是本发明脉动泵的结构示意图；

图4是本发明黄原胶示意图；

图5是本发明cu-water纳米流体示意图；

图6是本发明cu纳米颗粒与6个黄原胶聚合物链示意图；

图7是本发明黄原胶-非牛顿纳米流体模拟图。

图中：1、上支撑架，2、新形管，3、底座，4、支撑架，5、温度传感器ⅱ，6、温度传感器ⅰ，7、u形肘管，8、波壁管，9、脉动泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对发明做进一步详细描述：

如图1-3所示，一种脉动流场下黄原胶-非牛顿纳米流体换热器，包括上支撑架1、新形管2、支撑架4、底座3、脉动泵9，由两根支柱构成的支撑架4安装在底座3上，所述支撑架4位于上支撑架1和底座4之间，所述上支撑架1与支撑架4固定连接；所述新形管2在上支撑架1的下面安装固定在支撑架4上，所述新形管2的整体高度小于所述支撑架4的高度，所述新形管2是由6个波壁管8和5个u形肘管7依次间隔连接组成；所述温度传感器ⅰ6位于所述波壁管8的内部，所述温度传感器ⅱ5位于所述u形肘管7的内部，所述温度传感器ⅰ6和温度传感器ⅱ5分别通过导线与所述电源连接。所述黄原胶-非牛顿纳米流体位于新形管2的内部；所述上支撑架1上固定有一个脉动泵9，所述脉动泵9与所述新形管2的入口连接。

被冷却流体(热流体)流经新形管2的波壁管8和u形肘管7，温度传感器ⅰ6、温度传感器ⅱ5能实时监测换热器内不同位置流体温度，在流经波壁管8时热值传递强化，达到换热效果的最大化，最终达到换热的目的。

本发明的工作原理：

本发明的脉动流场下黄原胶-纳米流体换热器是当热流体流过换热器上面的波壁管8时脉动泵9造成的周期性流场是波壁管8内工质扰动增强，换热器内部的黄原胶-非牛顿纳米流体的强大换热效率在进一步吸收热流体的热量，冷却换热器中的热流体。在上下排列的管子之间，可借u形肘管7连接到一起。

本发明的黄原胶-非牛顿纳米流体的模拟：

黄原胶纳米流体由16nm³的盒子里含有18000个水分子、两个radiu＝1nm的cu纳米颗粒、6条由8个xanthangum单体组成的黄原胶聚合物链，如下表所示：

本发明的黄原胶(xanthangum)是6条由8个xanthangum单体组成的xanthangum链，我们使用分子动力学建模软件得到xanthangum单体然后将其聚合成聚合物链，接着使用packmol建模软件将6条链以最优排列方式排列，packmol建模代码如下：

然后使用可视化软件得到不同结构模拟图，如图4-7所示。本发明的纳米颗粒是由两个半径为1nm、原子数为250的cu原子组成。其中cu原子的排列方式以晶体cu的晶格常数排列，lattice(cu)＝3.615。由图4-7可知，298.15k下水的导热系数是0.6601w/m·k与实验值0.618w/m·k(实验温度303k)的误差在7％之内，水中加入质量分数为4.16％的cu纳米颗粒后水的导热系数会提高70％以上，继续加入质量分数11.64％的黄原胶导热系数会更高。

换热器结构简单，易于制造和检修，便于清除污垢。将管子换为波壁管，管内部采用波纹结构，使得流体在内部产生涡流，能够达到强化换热的效果，外部采用波纹结构，增加接触面积，强化传热。将管内工质换成非牛顿纳米流体更进一步达到换热的效果，强化制冷。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求确定的保护范围内。