一种加强管尾流体混合的新型传热管

摘要

本发明提供了一种加强管尾流体混合的新型传热管，其截面与圆光管不同，在圆光管截面的边界层脱体上下起点处的右侧取两点，过这两点的圆弧为新型光管的背风区，迎风区保持圆光管截面圆弧不变。该传热管主要解决了管尾尾流恶化换热的问题：烟气冲刷光管发生绕流脱体，在管尾形成相对负压较高的回流，造成流体流动阻力增大，换热效率降低，本发明可降低背风区压降，减少阻力损失；提高回流区的温度，改善换热效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种加强管尾流体混合的新型传热管，属于低温余热回收利用强化换热技术领域。

背景技术

光管表面换热面积小，管尾尾流相对负压较大、流体绕流脱体后混合较差，形成回流，造成阻力损失大；管背面及后排管受尾流影响较大，导致换热效果差。如何降低管尾尾流的影响，已成研究人员不断探讨的课题。

发明内容

本发明目的在于解决管尾尾流恶化换热效果的问题：发明一种加强管尾尾流混合的传热管，其让流体冲刷光管发生绕流脱体，在管尾形成相对负压较高的回流区，造成流动阻力增大，换热效率降低。一方面进行改善提高换热效率另一方面降低背风区负压，减少流体阻力损失。

本发明加强管尾流体混合的新型传热管，其特征在于：流体横向冲刷光管，发生绕流脱体，光管横截面以边界层脱体起点处为分界线，将截面分为迎风区和背风区，传热管截面的迎风区和背风区都是圆弧，后半部圆弧所在圆的半径小于前半部的；在圆光管的边界层脱体上下起点处(r，α)和(r，-α)往后取两点(r，β)和(r，-β)，保证α-β≤2°；过这两点的圆弧为光管的背风区，迎风区保持圆光管不变。

该传热管背风区离迎风区中心的距离长，流体流过时坡度降低，使流体脱体点后移，促进管尾流体的混合。

管尾流体混合加强，减少了回流量，降低阻力损失。

流体微团冲刷传热管发生脱体到形成回流的距离将缩短。

因此，本发明专利的有益效果是：

1、改善管尾尾流影响，提高换热效率。

2、降低背风区相对负压，减少流体流动阻力损失。

附图说明

图1是本发明新型传热管的截面示意图。

图2采用本发明新型传热管进行压力梯度模拟实验时的实际状态图之一。

图3采用本发明新型传热管进行压力梯度模拟实验时的实际状态图之二。

图4采用本发明新型传热管进行温度对比模拟实验时的实际状态图之一。

图5采用本发明新型传热管进行温度对比模拟实验时的实际状态图之二。

图6采用本发明新型传热管进行速度迹线模拟实验时的实际状态图之一。

图7采用本发明新型传热管进行速度迹线模拟实验时的实际状态图之二。

下面结合附图以数值模拟实验结果进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

具体实施方式

本发明烟气横向冲刷光管，发生绕流脱体，光管横截面以边界层脱体起点处为分界线，将截面分为迎风区和背风区，新型传热管截面的迎风区和背风区都是圆弧，后半部圆弧所在圆的半径小于前半部的；在圆光管的边界层脱体上下起点处(r，α)和(r，-α)往后取两点(r，β)和(r，-β)，控制α-β≤2°；过这两点的圆弧为新型光管的背风区，迎风区保持圆光管不变。其二本发明该传热管背风区离迎风区中心的距离长，流体流过时坡度降低，使流体绕流脱体点后移，促进管尾流体的混合。其三本发明管尾流体混合加强，减少了回流量，降低流体流动阻力损失，提高管尾尾流温度，改善换热效果。

考虑到实际烟气流速在6-20m/s，在余热锅炉内处于过度区和湍流区，模拟计算采用标准K-ε模型，其中C₁，C_1ε＝1.44，C₂＝1.92，C_μ＝0.09，C₃＝1，C₄＝0，σ_k＝1.0，σ_e＝1.3，σ_t＝1。流体介质为稳态不可压缩的烟气，模拟实验设计了5种工况：

工况设计表

分别对圆光管和新型传热管做模拟实验。光管采用铝合金管，壁温恒定为323.16K。烟气入口条件为速度入口条件，入口温度为623.16K。采用无滑移速度边界条件。湍流度为0.2。计算过程选用稳定性好的二阶迎风格式进行插值，保证计算结果收敛，压力和速度的耦合采用SIMPLE算法。

模拟结果图如图2所示，新型传热管的管尾压力梯度小，比圆光管低4.94％左右；管尾平均温度高4K左右；圆管管尾回流较新型传热管明显。新型传热管的平均表面换热系数、平均阻力系数与圆光管比较如下：

平均表面换热系数对比(w/m²·k)

  8m/s  10m/s  12m/s  14m/s  16m/s  圆光管  38.33  43.48  49.08  53.82  60.19  新传热管  38.98  44.22  49.95  54.77  61.28

平均阻力系数对比

  8m/s  10m/s  12m/s  14m/s  16m/s  圆光管  0.216  0.196  0.189  0.182  0.172

  新传热管  0.2002  0.193  0.183  0.174  0.164

可见，新型传热管管尾流体混合度比圆形光管高，回流明显降低，平均阻力系数降低4.94％，流体混合促进管尾背风区温度升高，平均表面换热系数比圆光管的高17.4‰。

本发明新型传热管可以用在各种需要回收气体余热的场合，尤其适用于低温烟气余热的回收。