[发明专利]一种脉动流管壳式换热器及其换热方法

说明书

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种脉动流管壳式脉动流换热器及其换热方法。

背景技术

随着全球能源形势的日趋紧张，常规能源的日益减少，节能降耗越来越受到人们的重视。壳式换热器广泛应用于石油化工、电力、环保、能源等各种工业领域，主要作用是在工业生产中调节工艺介质温度以满足工艺需求以及回收余热以实现节能降耗。因此，对壳式换热器进行优化设计或结构改进，提高其换热性能降低其动力消耗关系到生产效率和节能降耗水平。

此外，在能源化工工业领域，管壳式换热器内的液态工质往往具有较高的粘度，液态工质的流动性差，管程流动过程中需要消耗大量的泵功以强化其管内流动状态从而使得热交换量达到预期要求。现有的管壳式换热器泵功消耗过大、管程侧传热效果不佳，无法满足换热需求，无法实现节能降耗的目的。

因此，现有技术有待进一步改进和完善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种脉动流管壳式换热器及其换热方法，使换热器管程侧流体按照更加合理的形式流动，提高管程侧流体换热效率。

本发明提供了一种脉动流管壳式换热器，包括若干换热管、脉动流发生系统、壳体、壳体两端的左右管板、分别与左右管板连接的左右端盖以及壳体内的多块折流板，管程液态换热工质流动处于低平均雷诺数状态（Re<1500）；换热管具有周期性内肋结构；换热管的入口端接入脉动流发生系统，脉动流发生系统在换热管内产生的脉动流为有平均流速的纵向波形态。

在上述脉动流管壳式换热器中，进一步地，换热管为圆管，在换热管的内壁设有多个圆环形内肋，每个内肋相互平行排布并与换热管的轴线垂直。

在上述脉动流管壳式换热器中，进一步地，脉动流发生系统由混合室、隔膜泵、脉动流回路管道组成，隔膜泵通过脉动流回路管道与混合室相连接，混合室与换热管相连接，通过调节隔膜泵，在混合室中，将液态换热工质由恒流形态转变为有平均流速的脉动流形态，并产生可控的脉动频率和振幅，以纵向波形态在换热管中脉动。

本发明还在于提供一种利用了如上述的任意一项所述的脉动流管壳式换热器的换热方法，当液态换热工质流态处于低平均雷诺数时，将该换热工质由恒流转变为具有一定频率和振幅的有平均流速的纵向波形脉动流，可以在内壁具有周期性内环肋结构的换热管中形成周期性的涡旋，涡旋不但可以有效破坏流体边界层，而且加剧了流体之间的掺混，强化了边界与主流之间的热量输运，从而有效提高低流速管程流体的传热能力和防结垢能力。

在上述的换热方法中，进一步地，纵向波形脉动流的脉动频率f控制在0.3Hz至1.5Hz，所述脉动振幅A控制在平均流速的20%至100%。

与现有技术相比，本发明的脉动流管壳式换热器及其换热方法具有以下特点：1、换热管道具有周期性内肋结构，增加了液态工质换热面积，热交换效率进一步提高；2、采用具有周期性内肋结构的管道与脉动流相结合的技术，使流体在管道中不断改变流向，能在较低的流速下形成旋涡，破坏换热管通道中流体的流动边界层，大大增加了流体的相互掺混与扰动，从而使得传热效率提升；3、该换热技术可以有效减少泵功消耗，节能效果明显；4、换热管管壁内具有圆环形内肋结构，壁厚不减薄，换热管的刚性加强，换热管受力状况更好，有效提高了设备工作的可靠性；5、设置混合室，可以有效防止液体工质倒流，增加了设备运行的安全性。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例的结构示意图；

图2为图1中换热管结构示意图；

图3为脉动流发生系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参照图1所示，本发明脉动流管壳式换热器的较佳实施例，包括若干换热管1、脉动流发生系统、壳体5、壳体5两端的左右管板20和21、分别与左右管板20和21连接的左右端盖3和4以及壳体5内的多块折流板19。管程液态换热工质流动处于低平均雷诺数状态（Re<1500）。换热管1具有周期性内肋结构。换热管1的入口端接入脉动流发生系统。脉动流发生系统在换热管1内产生的脉动流为有平均流速的纵向波形态。