[其他]噴流換熱器單管結構

無效

• 申請號: 86206722
• 申請日: 1986-09-06
• 公開（公告）號: CN86206722U
• 公開（公告）日: 1987-09-30
• 發明（設計）人: 王中生;張先棹;張嚴曾;馬翔
• 申請（專利權）人: 張家口冶金制氧機備件廠
• 主分類號: F28D1/00
• 分類號: F28D1/00
• 代理公司: 冶金專利事務所
• 代理人: 張小娟,包紅健

本實用新型涉及一種噴流換熱器的單管結構，可用于冶金加熱爐、鍛造爐、熱處理爐以及其它工業窯爐的煙氣余熱回收。

目前國內外常用的普遍管狀噴流換熱器單管是由兩節同心無縫管組成，外管為光管或焊肋管，內管加工有若干組小孔。冷空氣從內管小孔垂直噴向外管內壁，將外管的熱量帶走，使冷空氣得以加熱。例如，英國專利GB2164－438公開了一種熱交換器單管結構，該結構外管為圓柱形光管，內管為圓柱形，表面有許多噴流小孔。這種結構由于外管為光管，單位體積的換熱面積小，煙氣側放熱系數低，換熱效果不理想；自身無法解決熱膨脹和積灰問題。內管采用圓柱管，內管與外管間環形流道為等截面，隨著噴孔噴出流量的增大，環形流道氣體流量也逐漸增加，上升的氣流將使噴出的流股發生偏移，這種現象在換熱器出口處更為嚴重，致使一部分冷空氣從噴孔噴出后，直接同預熱氣體混合，降低了空氣預熱溫度，同時也嚴重削弱了噴流流股對壁面的沖擊力，影響換熱器的換熱效率。此外，由于噴流流股與環流上升流體沖擊較大，能量損失、壓力損失都較大。噴孔為薄壁孔，局部阻力損失大，噴流流股與環流沖擊混合能量損失也大，因此，致使這種換熱器的空氣側阻力損失很大、換熱效果不夠理想。

本實用新型的目的旨在根據上述結構缺陷對其進行改進，以得到一種結構合理，空氣預熱溫度高，空氣側阻力損失小，不易積灰，清灰容易的新型熱交換器單管結構。

為了實現上述目的，本實用新型是這樣實現的，將噴流換熱器單管結構設計為由同軸設置的內外管構成，外管采用波紋管，內管為錐狀管，內管外壁設有肋片，噴流孔設置在肋片上。采用這種結構的目的在于，外管改為波紋管可使噴流內管噴孔噴出的流股對外管內壁沖擊力趨于均勻，提高了整個換熱面的對流放熱系數。內管采用錐狀流線體結構，改變了內外管間環形流道沿軸向的通流面積，其變化規律符合環形道氣體流量的變化規律。緩解了環形流道上升氣流對噴流流股的影響，降低了氣體沿程阻力損失。內管外壁增設沿軸向等直徑肋片，噴流小孔鉆于肋中心截面上，改變了噴孔的性質，使原來的薄壁孔，變為管嘴形噴孔，克服了通過薄壁孔時流體的局部收縮而產生的壓力損失。由于鉆在肋片上的噴孔中氣流與環形流道上升氣流隔開，各走其道，基本避免了兩流體的互相影響，降低了噴流流股的能量損失和壓力損失。

本實用新型的波紋外管是用薄金屬板壓制成截面為近似正弦曲線的瓦楞板，再將其彎制成帶有環波紋的圓柱管焊接而成。通過分析內管噴孔噴射速度的分布規律可知，噴流流股從其軸心到流股邊界各點的速度分布很不均勻，靠近軸心處速度最大，遠離軸心位于邊界處速度最小，因此，流股氣流質點對壁面的沖擊力也不同，噴射到平板后，軸心處速度最大，氣流質點對壁面的沖擊力就最大，氣流紊流度就最高，對流放熱系數也最大；而流股邊界處噴流速度較小，氣流質點對壁面的沖擊力也較小，氣流紊流度減弱，對流放熱系數也較小。因此，噴流流股與壁面的換熱系數在流股的整個覆蓋面是不均勻的，解決這個問題必須使整個流股各氣流質點對壁面的沖擊力趨于相同，充分利用流股各質點的沖擊力打破邊界層，使流體與壁面獲得最佳的對流放熱系數，另外，由于噴流質點的速度與噴流距離成正比，因此，將外管形狀設計成與噴孔流速分布規律近似的形狀，使流股對整個外壁的沖擊力趨于均勻，為了便于加工制造，外管波紋近似用正弦分布規律代替。同時也提高了單位體積的換熱面積。

本實用新型的內管為從進氣口到出氣口直徑逐漸縮小的等厚壁錐狀管，這樣可使沿著軸向內外管組成的環形流道通流面積逐漸加大，以減少環流上升速度對噴流流股的影響。同時由于內管外表面呈流線形，氣流的沿程阻力損失也有所降低。這樣基本上解決了噴流換熱器不易做的細長的問題，使噴流換熱器單管在同等壓力損失和體積下長度可以增加，直徑可以減小，縮小了噴流換熱器的占地面積和體積。

本實用新型的肋片為沿內管軸向全長等直徑設置的，由多個相同肋片呈放射狀均勻分布于內管外壁，內管和肋片是用鑄鐵制成一體的。與現有技術相比，本實用新型設置的肋片使噴孔中氣流與環形流道上升氣流隔開，各行其道，因此，在兩肋之間的氣體不會直接影響噴孔中的流股，從而保證了噴流流股基本上能垂直地噴向外管壁面，減小了噴流流股與環形流道氣流的沖擊，降低了噴流流股的能量損耗和壓力損失，提高了氣體對外壁面的對流放熱系數。

為了保證本實用新型的完全實現，內管肋片上的噴流小孔的噴出端為擴張圓錐管嘴。現有技術的內管噴孔為柱狀薄壁孔，這種孔局部阻力、流量、流速損失均較大，而壓力損失與孔口的結構形狀有關，本實用新型將孔的形狀改為擴張圓錐形管嘴，可使阻力系數下降，并使速度，噴孔分布一定的情況下，可以增加噴流流股對壁面的覆蓋面積，能夠有效地利用換熱面。