一种磁场强化管壳式换热器对流传热方法

摘要

本发明属于换热器强化传热技术领域，公开了一种磁场强化管壳式换热器对流传热方法，为提高管壳式换热器流动传热性能，提出在管壳式换热器内使用磁性纳米流体作为工质并在外部施加磁场，让管壳式换热器的对流换热性能因磁场对磁性纳米流体的影响而增强。本发明与没有加入磁性纳米粒子和施加磁场的换热器相比，在对泵功消耗影响不大的情况下，传热率大幅提高，综合传热性能显著增强，相比于其他管壳式换热器强化传热方法具有一定优势，容易实施，并且不用增设能量输入设备，通过在管壳式换热器内部使用磁流体工质，外部放置永磁体即可；在不改变换热器原结构设计的基础上，可以大幅提高传热率，提高换热器的综合传热性能，具有推广价值。

说明书

技术领域

本发明属于换热器强化传热技术领域，尤其涉及一种磁场强化管壳式换热器对流传热方法。

背景技术

目前，现有的换热器强化传热的技术分为主动强化、被动强化两类。主动强化是需要输入外部功的强化方式，主要有表面振动、电场、射流冲击等；被动强化则从换热器结构和工质方面着手，如使用异形管、布置扰流结构、使用粗糙表面、改善工质性能等。目前使用的一般为被动强化技术，被动强化技术所提出的复杂结构往往对换热器的制造工艺有着更高的要求，且使用过程的稳定性、耐久性存在不确定性。而管壳式主动强化技术往往因为设备复杂、投资费用高并伴有震动和噪声而难以在工业过程中使用，因此，为了弥补主动强化技术在工业应用上的欠缺，促进主动强化技术在生产过程中产生实际效益，提出一种简单高效的管壳式换热器主动强化技术很有必要。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

被动强化技术所提出的复杂结构往往对换热器的制造工艺有着更高的要求，且使用过程的稳定性、耐久性存在不确定性。

现有的换热器主动强化方式往往因为设备复杂、投资费用高并伴有震动和噪声而难以在工业过程中使用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种磁场强化管壳式换热器对流传热方法。

本发明是这样实现的，一种磁场强化管壳式换热器对流传热方法包括：在管壳式换热器内使用磁性纳米流体作为工质并在外部施加磁场，使管壳式换热器在磁场对磁性纳米流体磁场改变下对流换热速率相应改变。

进一步，所述管壳式换热器由304不锈钢材质制成，导热系数为14.5W·m

进一步，所述磁性纳米流体是由粒径为20nm的Fe

进一步，所述Fe

将Fe

进一步，所述Fe

进一步，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。

进一步，所述磁场通过在换热器外布设多个永磁铁或电磁铁施加。

进一步，施加磁场为垂直方向施加的均匀磁场。

结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

本发明与其他管壳式换热器主动强化的技术相比，更容易实施，并且不用增设能量输入设备，通过在管壳式换热器内部使用磁流体工质，外部放置永磁体即可。

本发明中的磁场对流体的作用体现于增强流体冷热部分的混合程度，增大流体流程，但没有对流体流动额外增加过多流动阻力，因此泵耗功率没有明显增加。

本发明与没有加入磁性纳米流体和施加磁场的换热器相比，在对泵功消耗影响不大的情况下，传热率大幅提高，综合传热性能显著增强，相比于其他管壳式换热器强化传热方法具有一定优势。

第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

本发明的技术方案提出，将磁性纳米流体作为工质在管壳式换热器中使用，并在外部施加由永磁体或电磁铁参数的磁场，依靠磁场对磁性纳米流体流动和传热特性的影响，改善管壳式换热器的对流换热性能。

管壳式换热器中的磁性纳米流体在磁场作用下，温度梯度较大的低速流体形成的二次流是本发明对流换热性能改善的主要原因。这种流动方式加快了低速区域流体的流速，破坏了热边界层并提高了冷热流体的混合程度。温度场、速度场和磁场的综合作用决定了二次流的产生及程度大小。

与其他主动强化技术及被动强化技术相比，本发明的技术方案易于实现，设备投入少，技术难度小，并且在不改变换热器原结构设计的基础上，可以大幅提高传热率，提高换热器的综合传热性能，具有推广价值。

第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

在目前已经提出的管壳式换热器主动强化传热技术中，磁性纳米流体和磁场还没有被尝试使用，本发明的技术方案填补了国内外管壳式换热器主动强化技术空白，对于提升管壳式换热器工业效益具有一定的应用前景。

在目前已经提出的管壳式换热器强化传热技术中，主动强化技术普遍难以实施，额外设备投入较多，技术和难度大，本发明的技术方案装置简便，在对于换热器流动阻力影响不大的基础上提供了显著的强化传热作用，在很大程度上解决了主动强化技术装备技术过于复杂的难题，克服了主动强化技术难以在实际应用过程中使用的偏见。

附图说明

图1是本发明实施例提供的管壳式换热器施加磁场的原理示意图；

图2是本发明实施例提供的不同磁感应强度下换热器的传热率和压降随流率的变化曲线图；

图3是本发明实施例提供的基于速度变化的流体流线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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。

一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。

如图1所示，本发明实施例提供的磁场强化管壳式换热器对流传热方法为提高管壳式换热器流动传热性能，在管壳式换热器内使用磁性纳米流体作为工质并在外部施加磁场，让管壳式换热器的对流换热性能因磁场对磁性纳米流体的影响而增强。

本发明实施例中的管壳式换热器由304不锈钢制成，导热系数为14.5W·m

Fe

二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用的应用实施例。

为了获得本发明的技术方案对管壳式换热器流动和传热性能的影响，在壳程流率V＝3～6.5m

三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。

图2中的(a)给出了本发明在不同磁感应强度下换热器的传热率随流率的变化曲线。由图可知，换热器的传热率在磁场的作用下得到明显提高。图2中的(b)给出了本发明在不同磁感应强度下换热器的进出口压降随流率的变化曲线。由图可知，磁场对换热器的压降没有明显影响。

图3给出了V＝3m

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。