一种强化余热回收效率的换热管及管内加入的涡流发生器

技术领域

本发明涉及余热回收领域，尤其涉及一种强化余热回收效率的换热管及管内加入的涡流发生器。

背景技术

现今，在石油，化工，制造，等大多数行业中，对于设备传热能力的增强都广泛关注，并且其对能源的充分利用和对生态环境的保护发挥着至关重要的作用。同时，对于社会和经济上的发展，能源和环境是突出问题。因此要有效的做到节能，就需要设计出能充分利用余热的换热设备，换热器则是余热回收过程中的重要设备。其通过一种冷流体，以传热的方式将外界的余热进行吸收，进而将冷流体加热，达到余热回收的效果。为了提高余热回收的效率，应用了许多方法来强化换热，如扩展流体流动过程中换热面；改变流体流动的方向或是流动进出口的温差；在管内插入扰流物，如涡流发生器，纽带，螺旋线圈等。其中管内加入涡流发生器在众多的技术里最为广泛和经济。它的作用就是促进形成纵向涡流，让中心区与靠近壁面区的流体加速混合，温度加快变换，同时还能减薄热边界层，促使热量的充分传递。因此它能提升换热的能力，进而提升余热回收效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种强化换热能力的涡流发生器。

本发明中还提供了一种具有提升余热回收效率的换热管。

本发明的创新点在于涡流发生器通过V型扰流杆自身设置一定的角度，同时与支撑件之间也有一定的夹角，使得管道中心流体和壁面流体更易发生混合；同时区别于传统的单一连接作用的支撑件，流体流过支撑件时也会因为其多边形结构，发生扰流作用，提高了整体的传热效率。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种涡流发生器，包括支撑件，其上布置有多个V型扰流杆，所述V型扰流杆和支撑件之间形成夹角，且V型扰流杆自身也存在夹角。此外，所有的支撑件与一个连接杆相连。

进一步地，所述V型扰流杆形状为V字型，V型扰流杆的两个底部位于支撑件内部，并且V型扰流杆底部设有与支撑件的相连段。因为强化换热，不仅需要对壁面处的流体造成扰动，同时对中心区域也形成扰流作用，可以提升换热的程度，但又需要考虑阻力对流动造成的影响，因此扰流杆采用V字型。此时，由于V字结构，占据中心区域较小，占据靠近壁面区域较大。不仅可以加大壁面的扰动，同时以较小的阻力为代价来提升中心的扰流作用，提升较高的换热效率。

进一步地，所述V型扰流杆存在夹角，并且角度小于90°。V型扰流杆自身内部存在夹角，相比于内部封闭，流体通过时可以减小流动的阻力，并且小于90°时换热效果较好。

进一步地，所述所有V型扰流杆和支撑件的夹角均小于90°。此时能够增强中心流体扰流作用，同时靠近壁面处的流体也会被扰动，换热性能提高。

进一步地，所述所有V型扰流杆和支撑件同一侧形成的小于90°的夹角均相等。此时，涡流发生器周边的流体的换热更加均匀。

进一步地，所述V型扰流杆和支撑件的相连点位于支撑件的同一截面处。流体沿管道流动时的换热更加均匀。

进一步地，所述V型扰流杆沿支撑件圆周方向等间距布置。管体四周的换热更为均匀。

进一步地，所述支撑件为多边形结构。流体流过多边形结构时，会扰动流体的运动状态，从而增强换热能力。

进一步地，所述所有支撑件连接在连接杆上，此连接杆为尺寸较小的小连接杆。能够按设定好的涡流发生器间距，准确的排列在连接杆上，同时小连接杆对流体流动不会造成影响。

一种具有涡流发生器的换热管，包括管体，所述管体内设有若干组涡流发生器，所述涡流发生器的支撑件和连接杆与管体同轴布置；所述管体一端为进口端、另一端为出口端，所述支撑件的外部凸起部分近乎抵接在管体上。

进一步地，距离管体进口端和出口端最近的涡流发生器，分别与进出口端具有一定距离，且距离均为管径的3-10倍。距离进口端有一定距离的流入段是为了将涡流发生器放置在有充分的流体流动的地方，距离出口端有一定距离的流出段是为了使流体流出后不发生回流。

进一步地，相邻两组涡流发生器之间的间距为管体直径的2倍。由于涡流发生器的数量越多，使得流体运动状态变化越剧烈，使得压力变化越大，湍流强度越强，形成更多的纵向涡流，减薄热边界层，促进流体混合，强化传热。但涡流发生器之间距离过小，会增加涡流发生器的用量，同时其换热能力提升将不明显。因此在相邻两组涡流发生器之间的间距为管口直径的2倍时，可以满足换热强化的条件，减少涡流发生器的用量，同时换热效率也较好。

进一步地，所述支撑件外部凸起部分和管体侧壁近乎完全贴合。可以使涡流发生器更稳定的放置在管道内部，流体流动使对其固定性影响小。

本发明的有益效果是 ：

1. 本发明中，由于流体流经涡流发生器，导致其流动状态发生变化，位于涡流发生器周边的压力值发生变化，产生了平行于边界的偏移，且越靠近边界处的速度越小，偏移越明显，进而形成涡流。涡流发生器通过V型扰流杆自身设置一定的角度，同时与支撑件之间也有一定的夹角，因而由于扰动使中心流体冲击壁面流体，壁面处的流体也相应的由于扰流作用而流向中心，进而使得管道中心流体和壁面流体发生混合。同时，流体流过多边形结构时，会扰动流体的运动状态，从而增强换热能力。支撑件与V型扰流杆结构一同改善速度和温度场的协同，增加了温度场梯度变化，减薄了壁面的热边界层，增加湍流度，增强冷热流体混合，促进了传热的提升，提高了整体的余热回收效率。

附图说明

图1为实施例1中的涡流发生器的结构示意图。

图2为V型扰流杆的结构示意图。

图3为实施例2中的换热管的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：如图1、2所示，一种涡流发生器，包括V型扰流杆1.1，支撑件1.2上布置有多个V型扰流杆1.1，V型扰流杆1.1沿支撑件1.2圆周方向等间距布置。V型扰流杆1.1内部设有夹角1.1.1，夹角小于90°。V型扰流杆1.1的底部位于支撑件1.2内部，V型扰流杆1.1的底部处设有和支撑件1.2连接的相连段1.1.2，V型扰流杆1.1和支撑件1.2的连接点位于支撑件的同一截面处。V型扰流杆1.1和支撑件1.2存在夹角，且所有V型扰流杆1.1和支撑件1.2的夹角小于90°，优选V型扰流杆1.1和支撑件1.2同一侧形成的小于90°的夹角均相等。

实施例2：如图3所示，一种具有涡流发生器的换热管，包括管体2，管体2内设有若干组涡流发生器1，涡流发生器1的支撑件1.2和连接杆1.3与管体2同轴布置，且相邻两组涡流发生器1之间的间距为管体2直径的2倍。管体2一端为进口端2.1，且有一定距离的流入段、另一端为出口端2.2，且有一定距离的流出段，V型扰流杆1.1和支撑件1.2的夹角为小于90°，支撑件的外部凸起部分近乎抵接在管体2上。进一步地，距离管体2进口端2.1和出口端2.2最近的涡流发生器，分别与进出口端具有一定距离，且距离均为管径的3-10倍。

实施例3：参考实施例2，距离管体2进口端2.1最近的涡流发生器1和管体2进口端2.1的距离为管体2直径的10倍，距离管体2出口端2.2最近的涡流发生器1和管体2出口端2.2的距离为管径的3倍，相邻两涡流发生器1之间的间距为管径的2倍。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。