[发明专利]一种正三角形排列的对涡排阵列换热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋涡阵列换热装置，尤其涉及一种正三角形排列的对涡排阵列换热装置。

背景技术

旋涡流动是自然界存在的一种现象，由于其主流基本不改变方向，因而流动阻力较小。在强化传热技术领域有很多应用螺旋旋涡的例子，如扭曲椭圆管换热器、螺纹槽管换热器和螺旋折流板换热器等。

目前普遍采用的传热旋涡阵列换热装置均是顺涡方案，即所有传热旋涡体的旋涡方向相同，旋向对于分隔在管内的流体虽然是一样的，但对于围绕在管子外的流体，由于在相邻2个顺涡布置的传热旋涡体相切处的螺旋通道内流体的流动方向是相反的，所形成的对冲流必然会导致流体流动动量和能量的损失，最终将造成换热系数的降低或流动阻力的提高。虽然在双螺杆压缩机或油泵等机械场合有对反向旋涡体的应用，但遗憾的是在传热领域国内外目前尚未对传热旋涡体阵列中传热旋涡体旋转方向的作用问题作相关的研究或进行有效利用。

发明内容

本发明提供一种正三角形排列的对涡排阵列换热装置。

本发明采用如下技术方案：

一种正三角形排列的对涡排阵列换热装置，包括圆筒形壳体，在圆筒形壳体内设有传热芯体；所述传热芯体包括呈Y字形的顺涡排列(即相邻传热旋涡体旋涡方向一致)Y形传热旋涡体排；所述Y形传热旋涡体排的中心位于圆筒形壳体中心点上，且Y形的相邻两臂之间的夹角为120°；在各个Y形的相邻两臂构成的扇区内设有传热旋涡体阵列，所述传热旋涡体阵列由按照V字形顺涡排列的右旋V形传热旋涡体排和左旋V形传热旋涡体排构成，所述右旋或左旋V形传热旋涡体排的两臂之间的夹角均为120°；与Y形传热旋涡体排相邻的V形传热旋涡体排中的传热旋涡体螺旋旋向和Y形传热旋涡体排中的传热旋涡体螺旋旋向相反，各个传热旋涡体阵列的相邻两排V形传热旋涡体排中的传热旋涡体螺旋旋向相反(即对涡排列)。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1) 对于由多个局部旋涡体组成的传热旋涡体阵列换热器，2个旋转方向相反的相邻传热旋涡体在其相切处通道内的流动方向是一致的，因而可形成合力，有利于增强传热效果和降低流动阻力。图4显示的是一对螺旋旋向相反的相邻传热旋涡体即对涡传热旋涡体，当两股分别沿着相邻传热旋涡体的螺旋通道流动的流体在两个传热旋涡体相切处的通道内发生汇聚的时候（参见图4的虚线圈内箭头所示），两股流体的流向相同；而对于现有的螺旋旋向相同的相邻传热旋涡体即顺涡传热旋涡体来说，当两股分别沿着相邻传热旋涡体的螺旋通道流动的流体在两个传热旋涡体相切处的通道内发生汇聚的时候（参见图5的虚线圈内箭头所示），两股流体的流向恰恰相反，形成对冲流，而对冲流会产生耗散。可见本发明利用对涡相邻传热旋涡体在相切处的通道内两股流体发生汇聚时流向相同的特点，能够降低流动阻力，并有利于强化传热，同时又能满足2个旋涡方向的传热旋涡体数量基本相等。

2)由于不同方向传热旋涡体的制造成本通常是相同的，因而本发明的对涡式正方形传热旋涡体阵列换热器是一种在几乎不增加成本的条件下有显著强化传热效果的技术方案，可方便设计布局和制造。

3) 本发明可以实现在正三角形排列方案中尽量发挥对涡的主导作用，因而除中心点的传热旋涡体与其周围传热旋涡体形成3个顺涡和3个对涡外，在所述正三角形网格排列的传热对涡阵列中围绕某个内部传热旋涡体流动的流体，其流动方向均与围绕其周围的6个方向中的4个方向的相邻传热旋涡体流动的流体形成流动方向一致的对涡，有利于强化传热和降低流动阻力，同时又能满足2个旋涡方向的传热旋涡体数量基本相等，并方便设计布局和制造。正三角形排列的对涡排阵列在核反应堆堆芯、扭曲椭圆管换热器等领域有广泛的应用前景。

4) 本发明针对正三角形排列布置方案，该方案与正方形布管方案相比不仅在相同管中心距下更加紧凑，而且流体总是形成错排流动，传热系数较高；可以在圆筒形壳体内与内壁保持更为均匀的距离，所以绝大多数的换热器均采用正三角形布管方案。

附图说明

图1是本发明实施例1正三角形排列的对涡排阵列换热装置(正六边形燃料组件对涡排阵列核反应堆)布置示意图；

图2是本发明实施例1正三角形排列的对涡排阵列换热装置(正六边形燃料组件对涡排阵列核反应堆)零部件拆分示意图；

图3是本发明实施例2为正三角形排列的对涡排阵列换热装置(扭曲椭圆管对涡排阵列换热器)布置示意图；

图4是本发明实施例2扭曲椭圆管对涡示意图；

图5是本发明实施例2扭曲椭圆管顺涡示意图。

具体实施方式