一种扰流插件及强化换热管

本发明属于换热设备，尤其涉及一种扰流插件及应用该扰流插件的强化换热管。

背景技术：

1、换热器作为一种重要的传热传质工艺设备，广泛应用于核能、制冷、制热、化工、冶金、石油、航天航空等工业中的常见过程。提高换热管的热工性能对提高换热器的能源利用率具有十分重要的意义。

2、在一定的换热幅度下，强化换热的目标是减小换热设备体积，同时尽可能地降低能耗，提升经济效益。换热技术主要分为主动强化传热技术、被动强化传热技术和复合传热技术。主动技术需要额外的泵功用于换热系统，增加了系统复杂性；被动强化传热技术指修改传热面或在流体中添加增强装置，运用被动强化传热技术提高换热管工作效率是一项重要的课题。

3、根据对流换热理论，在换热管内的对流换热过程中有70％～90％的传热热阻集中于换热管内靠近换热管内壁的流体的边界中，因此，破坏流体的边界层能够有效地减小热阻和增大换热管的换热能力。

4、管内插入扰流件是一种简易、有效的被动强化传热方法。扰流件主要应用于管壳式换热设备的换热管内，通过对管内流体的分流或旋流等作用，使管内流体边界层变薄，污垢沉积始终处在较低水平，增大流体的管内对流传热系数，从而达到强化传热的效果。但是现有扰流件在强化传热的同时带来流动阻力大幅提高的问题。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是提供一种扰流插件，有效解决现有扰流件强化传热的同时带来流动阻力大幅提高的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种扰流插件，包括固定轴和多个扰流元件，多个所述扰流元件串联在固定轴上。

4、所述扰流元件包括多个扰流翅片和中心柱，所述扰流翅片与中心柱连接，所述中心柱与固定轴连接，且中心柱的轴线与固定轴的轴线相重合。

5、所述扰流翅片与中心柱的轴线的负方向的夹角为20°～80°，所述扰流翅片呈扇形且向内弯曲，所述扰流翅片的固定端的弧长小于扰流翅片的自由端的弧长。

6、进一步地，所述固定轴是圆柱形或棱柱形。

7、进一步地，所述扰流元件包含2～4片扰流翅片和1个中心柱。

8、进一步地，所述扰流元件的扰流翅片沿中心柱周向均匀设置。

9、进一步地，所述相邻扰流元件错位排列，并且相邻扰流元件的错位弧度为0°～90°。

10、本发明的另一个目的是提供一种强化换热管，有效解决现有扰流件强化传热的同时带来流动阻力大幅提高和壁面结垢的问题。

11、一种强化换热管，包括管体和如上实施例所述的扰流插件，所述固定轴设于所述管体内并沿管体的轴向延伸。

12、进一步地，还包括支撑件，所述支撑件固定于管体内，所述支撑件的内部设有用于与扰流插件套接的固定架。

13、进一步地，所述扰流元件的外缘与所述管体的轴线之间的距离为管体内径的0.50～0.98倍。

14、进一步地，相邻所述扰流元件之间的距离是管体内径的0.5～4.0倍。

15、进一步地，所述固定轴的轴线与所述管体的中心轴相重合。

16、与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

17、(1)本发明通过在管体内设置扰流插件，加强管内流体介质的扰动，增强流体介质与管内壁的热量交换，同时加强流体介质对管体内壁的冲刷，有效防止管体内壁结垢，保证使用过程中强化换热管的换热效率不发生明显下降。

18、(2)本发明能够在换热器流动阻力增加较小的情况下使换热性能得到显著提高，且结构简单、应用范围广，具有很高的经济实用性和推广价值。在实际应用中，通过改变扰流翅片与中心柱的夹角、扰流元件上的扰流翅片的个数及扰流翅片的连接位置，能够调节强化换热管的换热性能和压降，使换热器的综合换热效果和阻力达到应用需要最优，提高能源利用率。

技术特征：

1.一种扰流插件，其特征在于，包括固定轴和多个扰流元件，多个所述扰流元件串联在固定轴上；

2.根据权利要求1所述的扰流插件，其特征在于，所述固定轴是圆柱形或棱柱形。

3.根据权利要求2所述的扰流插件，其特征在于，所述扰流元件包含2～4片扰流翅片和1个中心柱。

4.根据权利要求3所述的扰流插件，其特征在于，所述扰流元件的扰流翅片沿中心柱周向均匀设置。

5.根据权利要求4所述的扰流插件，其特征在于，所述相邻扰流元件错位排列，并且相邻扰流元件的错位弧度为0°～90°。

6.一种强化换热管，其特征在于，包括管体和权利要求1-5中任一项所述的扰流插件，所述固定轴设于所述管体内并沿管体的轴向延伸。

7.根据权利要求6所述的强化换热管，其特征在于，还包括支撑件，所述支撑件固定于管体内，所述支撑件的内部设有用于与扰流插件套接的固定架。

8.根据权利要求7所述的强化换热管，其特征在于，所述扰流元件的外缘与所述管体的轴线之间的距离为管体内径的0.50～0.98倍。

9.根据权利要求8所述的强化换热管，其特征在于，相邻所述扰流元件之间的距离是管体内径的0.5～4.0倍。

10.根据权利要求6所述的强化换热管，其特征在于，所述固定轴的轴线与所述管体的中心轴相重合。

技术总结
本发明属于换热设备技术领域，具体公开了一种扰流插件及应用该扰流插件的强化换热管。所述扰流插件包括固定轴和多个扰流元件，多个扰流元件串联在固定轴上。扰流元件包括多个扰流翅片和中心柱，扰流翅片与中心柱连接，中心柱与固定轴连接，且中心柱的轴线与固定轴的轴线相重合。扰流翅片与中心柱的轴线的负方向的夹角为20°～80°，扰流翅片呈扇形且向内弯曲，扰流翅片的固定端的弧长小于扰流翅片的自由端的弧长。所述强化换热管包括管体和上述扰流插件，所述固定轴设于管体内并沿管体的轴向延伸。本发明能够在换热器流动阻力增加较小的情况下使换热性能得到显著提高，且结构简单、应用范围广，具有很高的经济实用性和推广价值。

技术研发人员：孟辉波,蒋文春,章大海
受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15