专利名称：可调式脉动流强化传热换热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管壳式换热器，具体的是涉及ー种利用脉动流发生器工作原理来产生压カ脉动流，用以强化传热的可调式脉动流强化传热换热器。
背景技术：
エ业生产中，因热能传递、交換、转换及控制等需要，换热器被大量采用，其中又以管壳式换热器应用最为普遍。为了提高強化换热系数，国内外科技工作者从管内插入旋流原件、振动强化传热、电场强化传热以及改变换热管形状等多个方面进行了研究。此类强化目前以结构強化技术应用最为广泛，插入旋流原件主要以插入丝带和弹簧以带动流体扰动为主，流体均以恒压流动为主。如何应用有规律的流体压カ脉动来增强传热效果的研究并不多，也没有提出有效的结构形式。
发明内容
本发明所要解决的主要问题都是基于上述现有技术而提出ー种可调式脉动流强化传热换热器，其能够调节脉动流的振幅和频率，通过振幅和频率的变化，能够有效的利用回转阀的工作原理增强流体扰动而起到強化传热和除垢的效果。本发明解决上述技术问题所采用的方案是可调式脉动流强化传热换热器，包括有壳体、封头、管板和换热管，壳体两端分别由管板与两侧封头相连接，换热管的入口端固定在管板上，其特征在于其中一侧封头上的管程入口连接有多通道可调脉动流发生装置，通过调节多通道可调脉动流发生装置的转速和其所在支路的流量来调节其振幅和频率，所述的多通道可调脉动流发生装置包括有水箱、输出支路I、输出支路II、旁路III和主路IV，
其中，所述的输出支路I包括第一调频管道泵和第一截止阀，第一截止阀的一端与水箱连接，另一端与第一调频管道泵相连，第一调频管道泵用于输出恒压流体，第一截止阀用于调节输出支路I输出流量大小，输出压力恒定的流体；
所述的输出支路II包括第二调频管道泵、第二截止阀、脉动扰流装置和止回阀，第二截止阀的一端与水箱连接，另一端与第二调频管道泵相连，第二调频管道泵用于输出恒压流体，第二截止阀用于调节输出支路II输出流量大小，所述的脉动扰流装置和第二调频管道泵之间通过三通A的两接ロ相连，三通A的另ー接ロ与旁路III相连，止回阀与脉动扰流装置相连，用于防止输出支路I中的流体进入输出支路II ；
所述的输出支路II和输出支路I通过三通B的两接ロ相连，三通B的另ー接ロ与主路
IV相连，输出支路I和输出支路II的流体通入主路，输出脉动流。按上述方案，所述脉动扰流装置由调频电机和叶片式阀门连接而成，调频电机用于调节输出支路II的脉动频率，调频电机的转速为脉动频率的1/2。通过调频电机控制叶片旋转速度，叶片可连续旋转，旋转过程中对阀门通道实现“渐开ー渐关ー渐开”的改变，从而输出脉动流体，调频电机的转速可调，通过此调节脉动频率。按上述方案，所述旁路III中包括有ー个截止阀，截止阀与水箱相连，用于调节旁路的脉动流流量。当输出支路II中产生脉动流时，旁路III中的流体同时发生脉动，并将这部分脉动流回流到水箱，实现对输出支路II中脉动流的调节。按上述方案，所述输出支路I、输出支路II、旁路III和主路IV的管路各管ロ截面积相等。因此，主路IV中的流速为输出支路I和输出支路II的流速之和。本发明的脉动流输出的流体流量和流体压カ为周期性方波、周期性正弦波或周期性三角波特征，当输出的流体流量和流体压カ为周期性方波特征时，安装在脉动扰流装置上的止回阀处于“全开或全关”两种状态；而当输出的流体流量和流体压カ为周期性正弦波或周期性三角波特征时则需要安装在脉动扰流装置上的止回阀是处干“渐开ー全开ー渐关ー全关”这种状态，以实现振幅和频率的调节。
本发明的脉动扰流装置的调频电机由于安装有调速模块以及在脉动扰流装置前安装有可调速的截止阀，所以可以实现流体流量和流体压カ周期性正弦波或周期性三角波特征中的振幅A和频率η大小的变化。本发明的工作原理是对管程而言，管程入口处流量变化主要由脉动扰流装置输出压カ脉动流，然后再加上另一条支路提供的流体平均流量来实现，当这两条支路的流体由封头流入各个换热管中后，流体压カ的脉动变化就会导致管程中流体湍流化加强，从而使传热效果得到強化，同时由于流体压カ的脉动变化对于靠近管层内壁面附近处产生漩涡，大大增强了流体的扰动，降低了边界层的厚度，同时流体压カ的脉动变化对与壳程内壁面的污垢层能够产生剥蚀作用，从而能够达到抑垢和除垢的效果；对壳程而言，壳程入口处流量变化主要由脉动扰流装置输出压力脉动流后，流体压カ的脉动变化直接会使壳程中流体湍流化增强，达到强化传热、抑垢和除垢的效果。本发明的优点在干在传统的管壳式换热器上通过在管程和壳程分别接入装有脉动扰流装置的管路，对其结构形式进行了简单的改进，就可以实现传统换热器的強化传热、抑垢和除垢，并且结构简単，易于实现。
图I为本发明的结构示意 图中I封头，2管程出ロ，3管板，4壳体，5换热管，6壳程出ロ，7截止阀、8壳程入ロ、9第一调频管道泵，10第一截止阀，11水箱，12第二截止阀，13第二调频管道泵，14止回阀，15脉动扰流装置，16输出支路I，17主路IV，18输出支路II，19旁路III。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进ー步的说明，但是此说明不会构成对本发明的限制。如图I所示，可调式脉动流强化传热换热器，包括有壳体4、封头I、管板3和换热管5，壳体两端分别由管板与两侧封头相连接，换热管的入口端固定在管板上，壳体上还设置有壳程入口 8和壳程出ロ 6，其中一侧封头上的管程入口(另ー侧封头上设置有管程出ロ
2)连接有多通道可调脉动流发生装置，通过调节多通道可调脉动流发生装置的转速和其所在支路的流量来调节其振幅和频率，所述的多通道可调脉动流发生装置包括有水箱11、输出支路I 16、输出支路II 18、旁路III19和主路IV 17，所述输出支路I、输出支路II、旁路III和主路IV的管路各管ロ截面积相等。因此，主路IV中的流速为输出支路I和输出支路II的流速之和，流体的流动方向如图中箭头所示，
其中，所述的输出支路I包括第一调频管道泵9和第一截止阀10，第一截止阀的一端与水箱连接，将水箱中的流体抽到输出支路I中，另一端与第一调频管道泵相连，第一调频管道泵用于输出恒压流体，第一截止阀用于调节输出支路I输出流量大小，输出压カ恒定的流体；
所述的输出支路II包括第二调频管道泵13、第二截止阀12、脉动扰流装置15和止回阀14，第二截止阀的一端与水箱连接，第二调频管道泵抽吸水箱中的流体进入输出支路II，另一端与第二调频管道泵相连，第二调频管道泵用于输出恒压流体，第二截止阀用于调节输出支路II输出流量大小，所述的脉动扰流装置和第二调频管道泵之间通过三通A的两接ロ相连，三通A的另ー接ロ与旁路III相连，所述旁路III中包括有ー个截止阀7，用于调节旁路III的流量，截止阀与水箱相连，用于调节旁路的脉动流流量。当输出支路II中产生脉动流时，旁路III中的流体同时发生脉动，并将这部分脉动流回流到水箱，实现对输出支路II中脉动流的调节。止回阀与脉动扰流装置相连，输出的脉动流体经过止回阀，用于防止输出支路I中的流体进入输出支路II ；
所述的输出支路II和输出支路I通过三通B的两接ロ相连，三通B的另ー接ロ与主路IV相连，输出支路I和输出支路II的流体通入主路，输出脉动流。所述脉动扰流装置由调频电机和叶片式阀门连接而成，调频电机用于调节输出支路II的脉动频率，调频电机的转速为脉动频率的1/2。通过调频电机控制叶片旋转速度，叶片可连续旋转，旋转过程中对阀门通道实现“渐开ー渐关ー渐开”的改变，从而输出脉动流体，调频电机的转速可调，通过此调节脉动频率。根据流体力学中的质量与能量守恒定理，本发明的多通道可调脉动流发生装置的主路的脉动流速为两个支路的流速之和。根据所述方案，输出支路I中的流速为匕，输出支路II中的流速为式中K7为输出支路II最大流速，/7为电机转速，t为时间。于是，主路脉动流速为K= V0チ通过该式我们得到脉动流平均流速为
V=じ+1/2 I脉动频率为/=2/7，脉动振幅为メ= V1KlV0^ V1).根据需要确定脉动流平均
流速、脉动频率和脉动振幅后，就可得到输出支路I和输出支路II的流速，以及电机转速。在对输出支路I流量进行调节时，先关闭输出支路II的截止阀，调节输出支路I的流速，调节好后保持输出支路I的截止阀开度不变。然后，打开输出支路II的截止阀，开动调频电机转速至需求值，调节输出支路II的流速，直到满足要求为止。管程脉动流产生如下首先由第一调频管道泵9提供恒压的流体，通过调节第一调频管道泵和第一截止阀10就可以调节输出支路I中流体的流量大小，也就是调节流体的压カ大小。输出支路II也是由调节第二调频管道泵13提供恒压的流体，然后首先通过调节第二调频管道泵13调节管路上的流体流量，再由第二截止阀12和回路上的截止阀7来微调管路的流量，恒压流体通入到脉动扰流装置15，启动脉动扰流装置，就可以实现本条管路流体流量周期性的变化。所以当这两条支路的流体通过汇合通入到管程入口处，就可以实现管程入口处流体流量的变化以及流体压カ的周期性调节。权利要求
1.可调式脉动流强化传热换热器，包括有壳体(4)、封头(I)、管板(3)和换热管(5)，壳体两端分别由管板与两侧封头相连接，换热管的入口端固定在管板上，其特征在于其中一侧封头上的管程入口连接有多通道可调脉动流发生装置，通过调节多通道可调脉动流发生装置的转速和其所在支路的流量来调节其振幅和频率，所述的多通道可调脉动流发生装置包括有水箱(11)、输出支路I (16)、输出支路II (18)、旁路111(19)和主路IV(17)， 其中，所述的输出支路I包括第一调频管道泵(9)和第一截止阀(10)，第一截止阀的一端与水箱连接，另一端与第一调频管道泵相连，第一调频管道泵用于输出恒压流体，第一截止阀用于调节输出支路I输出流量大小，输出压力恒定的流体； 所述的输出支路II包括第二调频管道泵(13)、第二截止阀(12)、脉动扰流装置(15)和止回阀(14)，第二截止阀的一端与水箱连接，另一端与第二调频管道泵相连，第二调频管道泵用于输出恒压流体，第二截止阀用于调节输出支路II输出流量大小，所述的脉动扰流装置和第二调频管道泵之间通过三通A的两接ロ相连，三通A的另ー接ロ与旁路III相连，止回阀与脉动扰流装置相连，用于防止输出支路I中的流体进入输出支路II ； 所述的输出支路II和输出支路I通过三通B的两接ロ相连，三通B的另ー接ロ与主路IV相连，输出支路I和输出支路II的流体通入主路，输出脉动流。
2.按权利要求I所述的可调式脉动流强化传热换热器，其特征在于所述脉动扰流装置由调频电机和叶片式阀门连接而成，调频电机用于调节输出支路II (18)的脉动频率，调频电机的转速为脉动频率的1/2。
3.按权利要求I或2所述的可调式脉动流强化传热换热器，其特征在于所述旁路III中包括有ー个截止阀(7)，截止阀与水箱相连，用于调节旁路的脉动流流量。
4.按权利要求I或2所述的可调式脉动流强化传热换热器，其特征在于所述输出支路I、输出支路II、旁路III和主路IV的管路各管ロ截面积相等。
全文摘要
本发明涉及一种管壳式换热器，包括有壳体、封头、管板和换热管，壳体两端分别由管板与两侧封头相连接，换热管的入口端固定在管板上，其中一侧封头上的管程入口连接有多通道可调脉动流发生装置，通过调节多通道可调脉动流发生装置的转速和其所在支路的流量来调节其振幅和频率，本发明的优点在于在传统的管壳式换热器上通过在管程和壳程分别接入装有脉动扰流装置的管路，对其结构形式进行了简单的改进，就可以实现传统换热器的强化传热、抑垢和除垢，并且结构简单，易于实现。
文档编号F28F13/10GK102679800SQ20121014556
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月11日 优先权日2012年5月11日
发明者刘利军, 喻九阳, 徐建民, 杨文灏, 林纬, 王成刚, 聂思皓, 郑小涛 申请人:武汉工程大学