[发明专利]一种提高表面活性剂减阻流传热特性的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及流体热传递技术领域，特别涉及一种提高表面活性剂减阻流传热特性的方法和装置，属于表面活性剂添加剂减阻流体的节能技术，特别适用于表面活性剂减阻流体的传热性能的改善和控制。

背景技术

节能减排是人类社会关注的主要问题之一。随着表面活性剂添加剂减阻技术的日趋成熟，并得到广泛的应用，用该方法来降低区域供暖(冷)或集中供暖系统泵的功耗，被认为是最有前途的应用。研究发现，阻力减低的根源是湍流受到极大的抑制。由于湍流大幅度的抑制，在阻力减小的同时，表面活性剂减阻溶液的传热性能也被极大的降低。有时传热下降的百分比远远超过阻力降低的百分比。所以在不降低减阻能力的前提下，必须设法提高减阻溶液的传热性能，提高区域供暖(冷)或集中供暖系统的热利用率。

对现有技术文献的检索发现，提高减阻流传热性能的方法有，在换热段前插入不同的装置，如丝网(详见Peiwen Li，Yasuo Kawaguchi，HisashiDaisaka，etal.Heat Transfer Enhancement to the Drag-Reducing Flow ofSurfactant Solution in Two-Dimensional Channel With Mesh-ScreenInserts at the Inlet[J].ASME Journal of Heat Transfer，2001，123(4)：779-789)、静态混合器(详见Yunying Qi，Yasuo Kawaguchi，Richard N，etal.Enhancing heat transfer ability of drag reducing surfactant solutionswith static mixers and honeycombs[J].International Journal of Heatand Mass Transfer，2003，46：5161-517)来提高传热，在加热段采用螺旋槽纹管(详见Yunying Qi，Yasuo Kawaguchi，Zhiqing Lin，etal.Enhancedheat transfer of drag reducing surfactant solutions with futedtube-in-tube heat exchanger[J].International Journal of Heat and MassTransfer，2001，44：1495-1505)和在加热壁面设置涡发生器(详见T.Zhou，K.C.Leong，K.H.Yeo.Experimental study of heat transfer enhancementin a drag-reducing two-dimensional channel flow[J].InternationalJournal of Heat and Mass Transfer，2006，49：1462-1471)来提高传热，采用超声波提高传热(Yunying Qi，Linda K.Weavers，etal.Enhancingheat-transfer ability of drag reducing surfactant solutions withultrasonic energy[J].J.Non-Newtonian Fluid Mech，2003，116：71-93)，采用变截面的管子(详见P.W.Li，H.Dasi saka，Y.Kawaguchi，etal.Transitional Heat Transfer and Turbulent Characteristics of DragReducing Flow through a Contracted Channel[J].Enhanced HeatTransfer，2001，8：23-40)来提高传热。针对所查阅的文献，就目前国内外提高活性剂减阻溶液传热特性的方法概括为如下几类：第一类是设法提高减阻流的流速，增大雷诺数，提高壁面剪切应力破坏胶束超级有序结构，制造湍流以提高传热系数。第二类是在减阻流内增设各种不同的胶束破坏装置，对减阻流施加纯粹剪切应力破坏胶束微结构，激发湍流提高传热系数。第三类是装置先对减阻流施加剪应力，破坏胶束超级结构，制造湍流，然后利用装置的特殊外形进一步强化湍流，致使传热系数得到提高。第四类是给减阻流局部区域提供能量，产生空化现象，破坏胶束微结构，制造湍流，提高传热系数。上述这些方法提高传热的机理可概括为，产生剪切流场，利用剪应力破坏减阻流的微结构，恢复湍流，增加扩散，改善传热。总的缺点是提高传热的受限因素比较多，如活性剂浓度、活性剂的化学特性、雷诺数、减阻流微结构破坏装置的结构等，而且还带来很大的压力损失。