一种轴向叶片逆向旋流换热套管制造技术

本发明专利技术涉及流体换热的技术领域，更具体地，涉及一种轴向叶片逆向旋流换热套管，包括第一管和第二管，第二管穿设于第一管内，第一管设有流入热流体的第一进水口，第二管设有流入冷流体的第二进水口，热流体与冷流体的流动方向相反；第一进水口处设有第一旋流组件，第一旋流组件转动套接于第二管外壁且第一旋流组件位于第一管和第二管之间；第二进水口处设有第二旋流组件，第二旋流组件可转动地设于第二管内部。本发明专利技术第一旋流组件和第二旋流组件可自转动，促进流体的流动，提升对流换热效率；部分压损得到合理的转化，提升能源的有效利用率；且本发明专利技术冷流体与热流体的流动方向相反，换热套管的局部区域得到耐温保护，延长换热套管的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种轴向叶片逆向旋流换热套管
本专利技术涉及流体换热的
，更具体地，涉及一种轴向叶片逆向旋流换热套管。
技术介绍
在能源、化工、食品等工业领域中，换热设备作为工业应用中至关重要的装置之一，其换热性能往往决定着能源的有效利用率及设备成本的投入。因此，强化传热技术的研究一直备受重视。换热管作为换热设备的核心元件，换热设备的实际换热效率总是受到换热管材料物性及形状结构的影响，而强化传热技术则是用于提高换热管换热性能的一大重要支撑技术。强化传热技术形式多样，较常见的是利用内置插入物形成扰动强化换热。在众多内置形式中，鉴于进口段放置轴向叶片旋流器的换热形式具有占用体积小、安装维修方便以及结构紧凑可靠等优势，换热性能得到全面提升，而且流体流经旋流器后，形成强烈的涡旋流动，对管壁还起到一个强劲的冲刷作用，减少管道内壁水垢的形成。但换热过程中，由于安装在管道中的轴向叶片旋流器会占据一部分流道，使得流道体积减少，因此在存在强化传热的同时，必然伴随着流动阻力造成的能量额外损耗。为解决能量额外损耗问题，常需增加泵送功率，但这样换热管的换热性能得以提高，但提高的幅度受限，难以弥补泵送功率的消耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种轴向叶片逆向旋流换热套管，压损低、换热强度大，且换热套管的局部区域得到耐温保护，具有较长的使用寿命。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供一种轴向叶片逆向旋流换热套管，包括第一管和第二管，所述第二管同轴穿设于第一管内部，所述第一管设有用于流入热流体的第一进水口，所述第二管设有用于流入冷流体的第二进水口，所述热流体与冷流体的流动方向相反；所述第一进水口处设有第一旋流组件，所述第一旋流组件转动套接于第二管外壁且第一旋流组件位于第一管和第二管之间；所述第二进水口处设有第二旋流组件，所述第二旋流组件可转动地设于第二管内部。本专利技术的轴向叶片逆向旋流换热套管，热流体由第一进水口输送到第一管内，热流体流经第一旋流组件形成强烈的涡旋流动，在流动过程中局部位置产生不稳定流和二次流；冷流体由第二进水口输送到第二管内，冷流体流经第二旋流组件形成强烈的涡旋流动，在流动过程中局部位置产生不稳定流和二次流；不稳定流和二次流可通过强烈的扰动冲击减薄边界层以及流动边界层，促进冷流体与热流体之间的传热传质和对流换热；换热过程中不同温度的流体呈现逆向对流换热的形式，使得换热套管的局部区域得到耐温保护，可延长换热套管的使用寿命，提高换热套管的有效利用率及换热套管的使用时间；热流体和冷流体的强迫流动促使第一旋流组件和第二旋流组件自转动，第一旋流组件、第二旋流组件占据的流道随着流体的流动而变化，使得部分压损得到合理的转化，可有效提升对流换热效率及能源的有效利用率。另外，强烈的旋流冲击可对第一管、第二管内壁水垢起到冲刷作用，并随热流体与冷流体流动排至换热套管外，减少水垢对换热的阻碍和流体流动的阻碍，减少换热套管的清洁和维修工作量，降低维护费用。进一步地，所述第一管为中部呈圆筒形、两端呈半球形的对称管状结构，所述第二管为圆筒形管状结构，所述第二管同轴穿接于第一管内部且所述第一管、第二管的交接处密封连接。进一步地，所述第一管设有第一出水口，所述第二管设有第二出水口，所述第一进水口、第一出水口位于第一管的两端且所述第一进水口朝上设置、第一出水口朝下设置，所述第二进水口、第二出水口位于第二管的两端且所述第二进水口靠近第一出水口设置、第二出水口靠近第一进水口设置。进一步地，所述第一旋流组件包括第一轴承、第一挡圈及开设有第一通孔的第一旋流器，所述第一旋流器套接于第二管外，所述第一轴承安装于第一旋流器的两端，所述第一挡圈安装于第二管外壁且第一挡圈分别位于第一旋流器的两端。进一步地，所述第一旋流器外周设有第一螺旋结构，所述第一螺旋结构与第一管内壁之间形成有第一螺旋流道。进一步地，所述第一螺旋流道两端设有用于调整热流体流速的第一调速滑盖，所述第一调速滑盖可转动地安装于第一轴承与第一挡圈之间，所述第一调速滑盖设有与第一螺旋流道对应的第一扇形斜孔。进一步地，所述第二旋流组件包括支撑杆、第二轴承、第二挡圈及开设有第二通孔的第二旋流器，所述支撑杆的端部安装于第二管的端部，所述第二旋流器套于支撑杆外，所述第二轴承安装于第二旋流器的两端，所述第二挡圈安装于支撑杆且第二挡圈位于第二旋流器的两端。进一步地，所述第二旋流器外周设有第二螺旋结构，所述第二螺旋结构与第二管内壁之间形成有第二螺旋流道。进一步地，所述第二螺旋流道两端设有用于调整冷流体流速的第二调速滑盖，所述第二调速滑盖可转动地安装于第二轴承与第二挡圈之间，所述第二调速滑盖设有与第二螺旋流道对应的第二扇形斜孔。进一步地，所述第一旋流器与第一管内壁之间、所述第二旋流器与第二管内壁之间留有转动安全间隙。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术在热流体的第一进水口处设置第一旋流组件，在冷流体的第二进水口处设置第二旋流组件，在流动过程中局部位置产生不稳定流和二次流；不稳定流和二次流可通过强烈的扰动冲击减薄边界层以及流动边界层，延长工作流体与换热面的换热接触时间，促进冷流体与热流体之间的传热传质和对流换热，可有效改善换热套管的换热效率；本专利技术热流体经第一旋流组件、冷流体经第二旋流组件形成的涡流流动，对第一管、第二管的内壁水垢起到冲刷作用，可减少换热套管的清洁和维修工作量，降低维护费用；本专利技术冷流体与热流体的流动方向相反，不同温度的流体呈现逆向对流换热的形式，换热套管的局部区域得到耐温保护，可延长换热套管的使用寿命，提高换热套管的有效利用率；本专利技术第一旋流组件和第二旋流组件可自转动，自转动的速率随着流速的变化而变化，占据的流道随着流体的流动而变化，流道的阻碍作用相应减小：促进流体的流动，有效提升对流换热效率；部分压损得到合理的转化，有效提升能源的有效利用率；本专利技术结构紧凑，便于组装和维修，且部件来源便捷、成本低廉可随时更换，有效节省时间、人力和物力。附图说明图1为本专利技术的轴向叶片逆向旋流换热套管的结构示意图；图2为本专利技术的轴向叶片逆向旋流换热套管的爆炸图；图3为半开状态时第一旋流器与第一调速滑盖及第二旋流器与第二调速滑盖的装配示意图；图4为第一旋流器与第一调速滑盖及第二旋流器与第二调速滑盖的爆炸示意图；图5为三种轴向叶片逆向旋流换热套管热通量的线形图；图6为无旋流器的换热套管在模拟仿真试验中的温度云图；图7为不可转动的轴向叶片旋流换热套管在模拟仿真试验中的温度云图；图8为本专利技术轴向叶片旋流换热套管在模拟仿真试验中的温度云图；图9为无旋流器的换热套管在模拟仿真试验中的压力云图；图10为不可转动的轴向叶片旋流换热套管在模拟仿真试验中的压力云图；图11为本专利技术轴向叶片旋流换热套管在模拟仿真试验中的压力云图；附图中：1-第一管；11-第一进水口；12-第一出水口；2-第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴向叶片逆向旋流换热套管，其特征在于，包括第一管(1)和第二管(2)，所述第二管(2)同轴穿设于第一管(1)内部，所述第一管(1)设有用于流入热流体的第一进水口(11)，所述第二管(2)设有用于流入冷流体的第二进水口(21)，所述热流体与冷流体的流动方向相反；所述第一进水口(11)处设有第一旋流组件(3)，所述第一旋流组件(3)转动套接于第二管(2)外壁且第一旋流组件(3)位于第一管(1)和第二管(2)之间；所述第二进水口(21)处设有第二旋流组件(4)，所述第二旋流组件(4)可转动地设于第二管(2)内部。/n

【技术特征摘要】
1.一种轴向叶片逆向旋流换热套管，其特征在于，包括第一管(1)和第二管(2)，所述第二管(2)同轴穿设于第一管(1)内部，所述第一管(1)设有用于流入热流体的第一进水口(11)，所述第二管(2)设有用于流入冷流体的第二进水口(21)，所述热流体与冷流体的流动方向相反；所述第一进水口(11)处设有第一旋流组件(3)，所述第一旋流组件(3)转动套接于第二管(2)外壁且第一旋流组件(3)位于第一管(1)和第二管(2)之间；所述第二进水口(21)处设有第二旋流组件(4)，所述第二旋流组件(4)可转动地设于第二管(2)内部。


2.根据权利要求1所述的轴向叶片逆向旋流换热套管，其特征在于，所述第一管(1)为中部呈圆筒形、两端呈半球形的对称管状结构，所述第二管(2)为圆筒形管状结构，所述第二管(2)同轴穿接于第一管(1)内部且所述第一管(1)、第二管(2)的交接处密封连接。


3.根据权利要求2所述的轴向叶片逆向旋流换热套管，其特征在于，所述第一管(1)设有第一出水口(12)，所述第二管(2)设有第二出水口(22)，所述第一进水口(11)、第一出水口(12)位于第一管(1)的两端且所述第一进水口(11)朝上设置、第一出水口(12)朝下设置，所述第二进水口(21)、第二出水口(22)位于第二管(2)的两端且所述第二进水口(21)靠近第一出水口(12)设置、第二出水口(22)靠近第一进水口(11)设置。


4.根据权利要求1所述的轴向叶片逆向旋流换热套管，其特征在于，所述第一旋流组件(3)包括第一轴承(31)、第一挡圈(32)及开设有第一通孔的第一旋流器(33)，所述第一旋流器(33)套接于第二管(2)外，所述第一轴承(31)安装于第一旋流器(33)的两端，所述第一挡圈(32)安装于第二管(2)外壁且第一挡圈(32)分别位于第一旋流器(33)的两...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈佰满，冯家杰，杨嘉慧，吴鉴涛，
申请(专利权)人：东莞理工学院，东莞市京都环保工程有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44