一种换热器的制作方法

本发明涉及热交换技术领域，特别是一种换热器。

背景技术：

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体，使流体温度达到工艺流程规定的指标的热量交换设备，又称热交换器。化工生产对换热设备的要求是传热效率高，流体阻力小、制造成本低、易维护、可靠性强，使用寿命长等。热交换器按照传热原理可分为表面式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器。其中表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，实现两种流体之间进行换热。表面式换热有管壳式、套管式、沉浸式蛇管换热器、喷淋式换热器和其他型式的换热器。管壳式换热器管束内流动状态对传热效率影响较大，形成湍流状态有利于提高换热效率。流动状态为层流时，管路容易结垢，造成污垢阻热。套管式换热器是由不同的直管制成的同心套管，并由u形弯头连接而成。在这种换热器中一种流体走管内，另一种流体走管隙，两者皆可获得较高的流速，故传热系数较大。两种流体可逆流，换热推动力大。套管换热器结构简单，能承受高压，多用于流量较小而压力较高的两种液体传热，通常用作冷却器或冷凝器。沉浸式蛇管换热器是将金属管弯绕成与容器相应的形状，并沉浸在容器内的液体中。蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造。缺点是容器内液体湍动程度低，管外传热系数小。喷淋式换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外传热系数较沉浸式高。以上几种表面式换热器都涉及到流体在管路中的流动，而管内流体的流动状态直接影响换热器的换热效率。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

针对目前管式换热器换热效率低，管壁易结垢的问题，为了解决上述问题，本发明提供了一种换热器，使用涡旋流管改变管内流体运动状态，增加流体湍动程度，提高传热效果的方法。流体介质经过涡旋流管时，形成的涡旋流强力冲击内管表面，提高换热效率。同时涡旋流具有管路自清洁作用，避免管内沉结污垢阻热。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

一种换热器包括，

壳体；

第一入口，其设在所述壳体的第一侧以导入第一流体，

第一出口，其设在所述壳体不同于所述第一侧的第二侧以导出第一流体，

第一管板，其一端连接所述第一入口，另一端连接多个传热管，以将所述第一流体导入多个传热管中，

第二管板，其一端连接多个传热管，另一端连接第一出口，以将所述传热管中的第一流体导出，

多个传热管，其包括至少一个生成涡旋流的涡旋流管，其中，

所述涡旋流管包括结构本体以及设在结构本体的内管壁，结构本体一端输入流体，另一端输出涡旋流流体，所述内管壁包括，

第一渐变区段，其位于内管壁靠近输入流体的第一端，其在涡旋流管的纵向上具有第一长度和第一横截面，所述第一横截面随着所述第一渐变区段在纵向上扭转第一预定角度的同时由半径为r的圆形光滑渐变为叶片形状，所述第一横截面随着所述第一渐变区段在纵向上非线性渐变地扭转第一预定角度，所述叶片形状包括边长2r的正方形以及在正方形各边上延伸的半径为r的半圆，所述第一横截面的横截面面积保持不变，

涡旋流区段，其连接所述第一渐变区段，所述涡旋流区段在涡旋流管的纵向上具有第二长度和第二横截面，所述第二横截面随着所述涡旋流区段在纵向上扭转第二预定角度，所述第二横截面为所述叶片形状，

第二渐变区段，其连接所述涡旋流区段且位于内管壁相反于第一端的第二端，所述第二渐变区段在涡旋流管的纵向上具有第三长度和第三横截面，所述第三横截面随着所述第二渐变区段在纵向上扭转第三预定角度的同时由所述叶片形状光滑渐变为半径为r的圆形，所述第三横截面随着所述第二渐变区段在纵向上非线性渐变地扭转第三预定角度，所述第三横截面的横截面面积保持不变；

第二入口，其设在第一管板和第二管板之间的所述壳体上以导入第二流体，

第二出口，其设在所述壳体上且与所述第二入口相对布置，以将流过传热管的第二流体导出。

所述的换热器中，第一横截面扭转角度基于α过渡曲线渐变，其中，l1为第一长度，x1为第一横截面在长度方向上的位置坐标。

所述的换热器中，所述第三横截面扭转角度基于α过渡曲线渐变，其中，l3为第三长度，x3为第三横截面在长度方向上的位置坐标。

所述的换热器中，第一横截面扭转角度和/或第三横截面扭转角度基于维托辛斯基曲线或者余弦函数渐变。

所述的换热器中，所述第二侧与第一侧左右相对布置或上下相对布置。

所述的换热器中，设在第二入口和第二出口之间的所述壳体内分布错落布置的多个挡板，所述挡板之间形成s形通道。

所述的换热器中，所述第一预定长度为结构本体长度的四分之一，所述第二预定长度为结构本体长度的二分之一，所述第三预定长度为结构本体长度的四分之一。

所述的换热器中，所述第一预定角度为90度，第二预定角度为180度，第三预定角度为90度，所述第一长度或第三长度与第二长度的比等于所述第一预定角度或第三预定角度与第二预定角度的比。

所述的换热器中，所述传热管包括多个直管或弯管，以及多个涡旋流管，所述涡旋流管两端分别连接所述直管或弯管，所述第一流体为气态或液态。

所述的换热器中，所述结构本体为直管或弯管。

所述的换热器中，所述的换热器还包括温度测量单元、封头和控制单元，第一入口和第二入口分别设有控制阀，控制单元连接温度测量单元和所述控制阀，响应于温度测量单元的测量温度数据控制所述控制阀的通断及开度大小。

所述的换热器中，所述第一长度、第二长度和第三长度之和与半径r之比为16∶1至4∶1。

所述的换热器中，涡旋流管包括第一渐变区段、n个涡旋流区段和第二渐变区段，n为大于1的自然数。

所述的换热器中，所述第一预定角度为90度，第二预定角度为n个180度，第三预定角度为90度。

所述的换热器中，所述第一预定角度、第二预定角度和第三预定角度总和为n+1个180度。

技术效果

本发明采用自身结构诱导产生涡旋流，无需外部能源供给。无向管道内部伸出的部件，不会对管路造成堵塞，不会对管路操作和维护带来困难。有针对性的在换热器合适部位重复安装了涡旋流管，保证整个管式反应器都处于涡旋流状态，涡旋流管可以形成的涡旋流强力冲击内管表面，提高换热效率。同时涡旋流具有管路自清洁作用，避免管内沉结污垢阻热。本发明的涡旋流管采用自身结构诱导产生涡旋流，无需外部能源供给。无向管道内部渗出的部件，不会对管路造成堵塞，不会给管路结垢和清洗带来困难。涡旋流管可以形成的涡旋流强力冲击内管表面，提高换热效率。本发明使用的涡旋流具有管路自清洁作用，避免管内沉结污垢阻热，减少清洗次数。本发明对换热器造成的压力损失小，流体阻力小、易安装易维护。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是本发明的一个实施例的换热器结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的换热器的涡旋流管结构示意图；

图3是本发明的一个实施例的换热器的涡旋流管结构示意图；

图4是换热器的涡旋流管的渐变区段中某一过渡阶段位置内壁截面示意图；

图5是换热器的涡旋流管的渐变区段中渐变完成后完整的叶片形状截面示意图；

图6是本发明一个实施例的换热器的涡旋流管的不同的渐变方式的对比示意图；

图7是本发明的一个实施例的换热器结构示意图；

图8是本发明的一个实施例的换热器结构示意图；

图9是本发明的一个实施例的换热器结构示意图；

图10是本发明的一个实施例的换热器结构示意图；

图11是本发明的一个实施例的换热器结构示意图；

图12是本发明的一个实施例的换热器努塞尔数示意图；

图13是本发明的一个实施例的α过渡曲线和使用维托辛斯基曲线的非线性渐变和普通的线性渐变的切向速度对比示意图；

图14是本发明的一个实施例的α过渡曲线和使用维托辛斯基曲线的非线性渐变和普通的线性渐变的壁面剪切力对比示意图；

图15是本发明的一个实施例的α过渡曲线和使用维托辛斯基曲线的非线性渐变和普通的线性渐变的压力损失对比示意图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图15更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的术语，即使记载有“第一”、“第二”等，其仅仅是用于区别一些对象而已，而并非用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在/位于……之上/下”、“在/位于……上端/下端”、“在/位于……上表面”、“……上面的”等，用来描述一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在本发明所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在/位于……下端”可以包括“在……下端”和“在……上端”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、纵向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的、或者常规放置情况下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化此种描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；类似的，方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1至图3所示，一种换热器包括，

壳体2；

第一入口6，其设在所述壳体2的第一侧以导入第一流体，

第一出口7，其设在所述壳体2不同于所述第一侧的第二侧以导出第一流体，

第一管板8，其一端连接所述第一入口6，另一端连接多个传热管11，以将所述第一流体导入多个传热管11中，

第二管板9，其一端连接多个传热管11，另一端连接第一出口7，以将所述传热管11中的第一流体导出，

多个传热管11，其包括至少一个生成涡旋流的涡旋流管10，其中，

所述涡旋流管10包括结构本体1以及设在结构本体1的内管壁，结构本体1一端输入流体，另一端输出涡旋流流体，所述内管壁包括，

第一渐变区段3，其位于内管壁靠近输入流体的第一端，其在涡旋流管10的纵向上具有第一长度和第一横截面，所述第一横截面随着所述第一渐变区段3在纵向上扭转第一预定角度的同时由半径为r的圆形光滑渐变为叶片形状，所述第一横截面随着所述第一渐变区段3在纵向上非线性渐变地扭转第一预定角度，所述叶片形状包括边长2r的正方形以及在正方形各边上延伸的半径为r的半圆，所述第一横截面的横截面面积保持不变，

涡旋流区段4，其连接所述第一渐变区段3，所述涡旋流区段4在涡旋流管10的纵向上具有第二长度和第二横截面，所述第二横截面随着所述涡旋流区段4在纵向上扭转第二预定角度，所述第二横截面为所述叶片形状，

第二渐变区段5，其连接所述涡旋流区段4且位于内管壁相反于第一端的第二端，所述第二渐变区段5在涡旋流管10的纵向上具有第三长度和第三横截面，所述第三横截面随着所述第二渐变区段5在纵向上扭转第三预定角度的同时由所述叶片形状光滑渐变为半径为r的圆形，所述第三横截面随着所述第二渐变区段5在纵向上非线性渐变地扭转第三预定角度，所述第三横截面的横截面面积保持不变；

第二入口12，其设在第一管板8和第二管板9之间的所述壳体2上以导入第二流体，

第二出口13，其设在所述壳体2上且与所述第二入口12相对布置，以将流过传热管11的第二流体导出。

所述的换热器的优选实施例中，第一横截面扭转角度基于α过渡曲线渐变，其中，l1为第一长度，x1为第一横截面在长度方向上的位置坐标。

所述的换热器的优选实施例中，所述第三横截面扭转角度基于α过渡曲线渐变，其中，l3为第三长度，x3为第三横截面在长度方向上的位置坐标。

所述的换热器的优选实施例中，第一横截面扭转角度和/或第三横截面扭转角度基于维托辛斯基曲线或者余弦函数渐变。

所述的换热器的优选实施例中，所述第二侧与第一侧左右相对布置或上下相对布置。

所述的换热器的优选实施例中，所述第一预定长度为结构本体1长度的四分之一，所述第二预定长度为结构本体1长度的二分之一，所述第三预定长度为结构本体1长度的四分之一。

所述的换热器的优选实施例中，所述第一预定角度为90度，第二预定角度为180度，第三预定角度为90度，所述第一长度或第三长度与第二长度的比等于所述第一预定角度或第三预定角度与第二预定角度的比。

所述的换热器的优选实施例中，所述传热管11包括多个直管或弯管，以及多个涡旋流管10，所述涡旋流管10两端分别连接所述直管或弯管，所述第一流体为气态或液态。

所述的换热器的优选实施例中，所述结构本体1为直管或弯管。

所述的换热器的优选实施例中，所述的换热器还包括温度测量单元、封头和控制单元，第一入口6和第二入口12分别设有控制阀，控制单元连接温度测量单元和所述控制阀，响应于温度测量单元的测量温度数据控制所述控制阀的通断及开度大小。

所述的换热器的优选实施例中，结构本体11为直管，半径r为0.01m到100m，所述第一长度、第二长度和第三长度之和与半径r之比为8∶1。

在一个实施例中，如图4至图5所示，在第一渐变区段3和第二渐变区段5的管内壁截面形状从圆形渐变到叶片形状截面的过程中，截面沿轴向顺时针或逆时针转过一定的预设角度。在渐变区中某一过渡阶段的管内壁截面如图4所示，渐变完成后完整的叶片形状截面如图5所示，其中rcs为渐变完成后的内部正方形外切圆的直径。r为渐变过程中内部正方形外切圆的直径。rf为渐变完成后叶片状扇形的半径，r为渐变过程中叶片状扇形的半径。a为叶片状扇形的圆心，0为渐变完成后内部正方形外切圆的圆心，bdef为渐变完成后内部正方形的四个顶点，c用来表示圆弧bcd。y为a到方形外切圆中心o的距离。γ为叶片状扇形半径与正方形竖直边(fb)所成的角度。当截面为圆形时γ为45°，当截面为完整的叶片形状时，γ为90°。当γ角度从45°逐渐增加至90°时，可形成一系列的过渡截面。这些截面在沿轴向渐变的过程中，顺时针(或逆时针)转过预定的角度，图例中顺时针扭转90°。若各截面在沿轴向顺时针旋转的过程中，截面间的间距变化是均匀的，则这种过渡方式成为线性过渡。

如图6所示，其中，x为距离过渡管中圆形截面的截面位置坐标，l为过渡管的长度，γ为叶片状扇形半径与正方形竖直边fb所成的角度。当x位于圆形截面处时，x＝0，故x/l＝0，此时γ为45°；当x位于完整的叶片形状时，x＝l，故x/l＝1，此时γ为90°，当截面为圆形时γ为45°，当截面为完整的叶片形状时，γ为90°。当γ角度从45°逐渐增加至90°时，可形成一系列的过渡截面。这些截面在沿轴向渐变的过程中，顺时针或逆时针转过预定的角度，例如图例中顺时针扭转90°。本发明为了产生更大的涡流强度并减小沿程压力损失，可在渐变区段的起始段和结束段设计过渡更加平滑流畅的过渡方式，即单位距离内转过的角度更小。如基于余弦函数的α过渡曲线，或使用维托辛斯基曲线(vitosinskicurve)。其中，

所述的涡旋流管10中，所述第一长度、第二长度和第三长度之和与半径r之比为8∶1，这是建立在涡旋流管1010产生的涡流强度与自身造成压力损失的比值的基础上的。即用最小的压力损失产生最大的涡旋流强度。

在一个实施例，如图7所示，换热器为管壳式换热器，其包括壳体2、管束和封头。壳体2为圆柱形，内部装有如平行管束的传热管11，固定于管板上。在管壳式换热器内进行换热的两种流体，一种在管束内流动，其行程称为管程。另一种在管外壳内流动，称为壳程。管束的壁面即为传热面。为了提高壳程，在壳体2内上下设置不对称的挡板14，使管外流动呈蛇形，提高管外流体与管内流体的间接换热。本发明将涡旋流管10应用于管束，使管束内流动最大限度的增加湍流效果，加大换热效率。同时借助涡旋流的自清洁作用，壁面或减少管壁结垢阻热。

在一个实施例中，在进口方向，将涡旋流管10取代管束中每个内管的一段直管段，之后每隔一段距离再放置涡旋流管10以维持应用的流体湍流强度和自清洁能力。涡旋流管10之间的间距取决于管径、流体的流速，以及管壁的光滑程度。具体实施时可通过计算流体动力学cfd仿真获得最佳间距参数。

在一个实施例中，如图8所示，若要增加管程，可将冷流体的进口和出口安装在管板的同侧，封头用隔板15分成两室。每根管子都弯成u型。这种u型管可以加倍管程，增加管内流体与管外流体的传热效率。这时涡旋流管10从进口端开始，在每个管子上，间隔一段距离布置。间隔的距离可通过计算流体动力学cfd仿真获得最佳间距参数。

在一个实施例中，因为u型管较难拆卸替换，且管程不易清洗，虽然涡旋流管10可以减缓结垢，对于不洁净或易结垢的流体，仍需定期清洗，也可将u型管部分去掉，管内流体在另一侧封头内混合后，再进入上端内管形成管壳式换热器。

在一个实施例中，如图9所示，换热器为套管式换热器，其包括两根不同直径、同心组装的直管和连接内管的u形弯管，进行换热的两种流体分别进入内管，和内管和外管之间的环形通道，在内管壁进行换热。采用逆流方式。内管和外管都设置涡旋流管10，逆流(或顺流)换热方式。在热流体进口端(外管)放置涡旋流管10，在外管间连接件后的下一程外管起始段再次放置涡旋流管10，如此往复，保证每层外管都有至少一个外管涡旋流管10，放置位置在流体流动的方向的起始端，以确保其下游有充分的涡旋流。

内管流体流动方向与外管流体流动方向向逆。在冷流体进口段(内管)放置涡旋流管10，在u形管后的下一程内管起始端再次放置涡旋流管10，如此往复，保证每层外管都有至少一个内管涡旋流管10，放置位置在流体流动的方向的起始端，以确保其下游有充分的涡旋流。由于内管管径小于外管管径，在相同流速下内管涡旋流管10的作用范围较小，因此内管每一程可设置较多的涡旋流管10。具体实施时可通过计算流体动力学cfd仿真获得内管和外管的最佳间距参数。可将内管螺旋管和外管螺旋管采用逆时针螺旋；或内(外)管螺旋管使用顺时针螺旋，外(内)管螺旋管使用逆时针螺旋。

在一个实施例中，如图10所示，换热器为沉浸式蛇管换热器。蛇管式换热器是由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如圆形、螺旋形和长的蛇形管。按使用状态不同，蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。使用时沉浸在盛有被加热或被冷却介质的容器中，两种流体分别在管内、外进行换热。沉浸式蛇管换热器结构简单，造价低廉，操作敏感性较小，管子可承受较大的流体介质压力。但是，由于管外流体的了流速很小，因而传热系数小，传热效率低，需要的传热面积大，设备显得笨重。沉浸式蛇管换热器常用于高压流体的冷却，以及反应器的传热元件。根据金属管的弯曲形状，将涡旋流管10设计成相应的弯曲形状(如弯曲90°或180°)，在热流体进口端安装涡旋流管10，有针对性的在合适部位重复安装了涡旋流管10，保证整个管式反应器都处于涡旋流状态。涡旋流管10可以形成的涡旋流强力冲击内管表面，提高换热效率。同时涡旋流具有管路自清洁作用，避免管内沉结污垢阻热。

在一个实施例中，如图11所示，换热器为喷淋式换热器。喷淋式换热器将换热管成排的固定在钢架上，被冷却的流体在管内流动，冷却水由管排上方的喷淋装置均匀淋下。与沉浸式相比较，喷淋式换热器主要优点是管外流体的传热系数大，且便于检修和清洗。其缺点是体积庞大，冷却水用量较大。管排由u形管连接以节约空间。将涡旋流管10设置在被冷却流体进口端，在u形管后的下一程换热管起始端再次放置涡旋流管10，如此往复，保证每层外管都有至少一个内管涡旋流管10，放置位置在流体流动的方向的起始端，以确保其下游有充分的涡旋流。具体实施时可通过计算流体动力学cfd仿真获得最近涡旋流管10安装位置。在换热管排下方设置水槽，水槽中的冷却液由水泵输送到换热管排上方，通过喷淋装置均匀淋下。冷却水在换热管外形成一层湍动程度较高的液膜，通过换热管壁实现冷热流体换热。

如图12所示，努塞尔数是传热现象中的一个重要参数，它直接影响到对流传热系数的大小，评估努塞尔数也是评估传热效率的一个指标。努赛尔数的大小表示对流换热相对于相同流体层的增强程度。努赛尔数越大，对流换热效果越明显。

采用非线性的过渡方式，相较于线性过渡，可以提供更平滑的过渡，避免由于管道截面形状发生较大变化而产生的局部涡流和边界层分离，造成更大的局部压力损失，并且影响由圆形截面过渡到叶片式截面时由于边界层脱落造成的壁面剪切力的削弱。为了说明本发明的非线性渐变提升的涡流强度，仿真不同流速如图13所示，图中给出了如基于余弦函数的α过渡曲线和使用维托辛斯基曲线的非线性渐变和普通的线性渐变的对比示意图，过渡管使用三种过渡方式时，在涡旋流管道出口处的起始切向速度值。切速度越大，涡流强度就越大。从图中可以看出，随着管道流速增加，涡流强度随之增加。在每个流速下，诱导产生的涡旋强度。横截面随着所述渐变区段在纵向上非线性渐变地扭转、预定角度，维托辛斯基过渡优于α过渡方式，而α过渡方式优于线性过渡方式。所以在使用非线性渐变扭转预设角度时，涡旋流效果有显著的增加。与维托辛斯基过渡相比，线性过渡方式产生的切速度值低了19.1-33.1％。与维托辛斯基过渡相比，α过渡方式产生的切速度值低了6.5-18.6％。较之线性过渡，提供的α过渡方式和维托辛斯基曲线过渡方式等非线性渐变过渡都产生了更大的初始切速度，这也意味着更强的涡旋效应。使涡旋流管的性能显著提升。

图14是本发明的一个实施例的α过渡曲线和使用维托辛斯基曲线的非线性渐变和普通的线性渐变的壁面剪切力对比示意图，通过对3m/s的进口流速的cfd模拟证实，在使用非线性过渡时，其后方的壁面剪切力有显著增加。较之线性过渡，使用α过渡方式时，壁面剪切力增加了2％～8％；使用维托辛斯基曲线过渡方式时，壁面剪切力增加了2％～13％。图15是本发明的一个实施例的α过渡曲线和使用维托辛斯基曲线的非线性渐变和普通的线性渐变的压力损失对比示意图，与此同时，较之线性过渡方式，使用α过渡方式时，压力损失减小了16％～28％；使用维托辛斯基曲线过渡方式时，压力损失减少了22％～38％。由此可见，使用非线性过渡时，由于提供了平滑的流体通道，壁面了局部湍流，壁面边界层分离等不利影响，可以最大限度的减小压力损失，减少能耗。同时，由于更多的能量用于诱导产生涡旋流，因此产生的涡旋流强度更大，提高壁面剪切力效果更明显。使用非线性过渡技术可以使涡旋流管在管式(表面式)换热器上发挥更加显著的作用，减少能耗，延长过程设备的使用寿命。考虑到换热器在加工过程中能耗占比很高。由于非线性过渡技术带来的效果提升，可以为企业显著降低成本并提高总体生产效率。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开的各实施例技术方案的范围。