[发明专利]内插锥形丝网强化传热管

说明书

技术领域

本发明属于强化换热技术领域，具体涉及一种应用于能源动力、石油化工、水泥建材领域的内插锥形丝网强化传热管。

背景技术

热量传递普遍存在于能源动力、石油化工、水泥建材等工业生产过程。由于能源危机日益加重，环境问题俞加严峻，提高换热设备效率，降低能源消耗成为工业生产的主旋律。当前强化传热技术可分为有源强化技术与无源强化技术：所谓有源强化，即需要通过外加能量达到强化传热的目的，比如机械强化、振动强化、外加静电场等；无源强化则无需外部能量，通过改善传热管表面结构或强化元件来提高传热性能，比如表面特殊处理法、粗糙表面法、扩展表面等。由于无源强化技术无需消耗额外能量，操作简单，成本低等诸多优点，其成为强化传热的主要手段。

常见的改善传热管道表面的换热技术有：螺旋槽管，横纹槽管，缩放管，波纹管，螺旋扁管等。其传热强化机理主要有：处理管道表面诱使流场发生改变，破坏或减薄速度边界层；在螺旋槽纹凸起处产生涡流，加强冷热流体的混合；减薄温度边界层。

换热设备运行过程中，由于工质洁净度问题，极易在传热管壁面结垢，造成换热性能降低。螺旋管、缩放管等表面强化技术难以突破此瓶颈。为了克服这一难题，管内插入物技术逐渐成为研究的热点。合适的插入物结构与尺寸可极大增强流体对传热管壁面的冲刷作用，有效减少污垢产生；而且插入物传热管易拆卸，易清理。因此寻找结构合适的插入物以及插入物在管内合理的装配方式成为该强化换热技术的核心问题，目前文献中提到的有扭带或螺旋扭片，静态混合器，螺旋弹簧，交叉梯形波带等。插入物具有强化传热和除垢的双重功能这是其他强化传热技术所无法比拟的。

发明内容

本发明目的在于提供一种既能提高传热效率，又能改善结垢问题的内插锥形丝网强化传热管。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

该内插锥形丝网强化传热管由外部基管和若干个按纵列间隔排列的锥形丝网组成；基管的水力直径为D，锥形丝网的间距为S，锥形丝网的底面开口，其底面直径为δ，顶角为α；其中，α的取值范围为(0，π)，S/D范围为0.5～5，δ/D范围在0.3～0.9。

所述基管为圆管、方管、三角形管、梯形管、椭圆形管、变截面管中的一种。

所述锥形丝网的丝网目数PPI在60-1000之间，材质为铁、铜、不锈钢、塑料中的一种。

所述锥形丝网的顶角α的优选取值范围为[π/6，π/3]。

所述锥形丝网通过支撑构件固定在基管内。

所述支撑构件的结构方式为：支撑构件为套嵌式支撑构件，具体为带若干个固定支脚的圆环，将每个锥形丝网分别固定；或者支撑构件为同轴支撑杆件，具体为一个直杆，将各个锥形丝网同轴线串联固定。

所述套嵌式支撑构件具有3～6个绕圆环均匀分布的固定支脚作为约束点，将锥形丝网固定在基管的内壁。

所述同轴支撑杆件为柱形刚性结构，其直径为锥形丝网底面直径的1/10～1/5，同轴支撑杆件的两端与基管两端的换热器封头连接固定。

所述基管为圆管时，内插锥形丝网与基管同轴布置。

本发明的有益效果为：

本发明的内插锥形丝网强化传热管，由于锥形丝网表面对流体的调控作用，迫使流向沿近壁区流动，使得近壁区速度与速度梯度增大，边界层厚度减小，从而实现强化传热的目的。锥形丝网规格，锥形丝网尺寸以及安装间距均影响传热管的性能，合理优化这些参数可获得最优传热效果。与扭带、螺旋扭片等插入物相比，锥形丝网结构具有较大空隙率，减缓对流体的阻碍作用。因此，与扭带等插入物相比，该传热管具备强化传热的效果，又可减少管内流体的流动阻力。同时，由于锥形丝网结构的特殊性，迫使流体沿近壁区流动，近壁区速度迅速增大，加强了对壁面的冲刷作用，防止结垢。

本发明的内插丝网采用锥形结构，与现有的圆柱形丝网结构相比，其斜向端面可有效的减小流动阻力，避面圆柱垂直端面所产生较大泵功损失。

附图说明

图1为本发明所述内插锥形丝网强化传热管的结构示意图。

图2为本发明所述内插锥形丝网强化传热管内插锥形丝网结构图。

图3为嵌套式支撑构件结构示意图，其中图3(a)～图3(d)分别为三点约束支撑构件，四点约束支撑构件，五点约束支撑构件以及六点约束支撑构件。

图4为本发明实施例1三维结构图，其基管采用圆管。其中图4(a)为采用嵌套式支撑构件强化传热管三维结构图，图4(b)为采用同轴支撑杆件强化传热管三维结构图。