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一种新型微细通道换热器

文献发布时间:2023-06-19 09:26:02


一种新型微细通道换热器

技术领域

本发明涉及天然气储存与输送技术领域,具体为一种新型微细通道换热器。

背景技术

由于天然气具有燃烧热值高、资源丰富和燃尽后无污染等特点,是一种优质的清洁能源,包括我国在内的很多国家都把天然气作为能源清洁替代的重要选项。天然气的主要成分是甲烷,为了便于天然气的存储和运输,通常会对其进行净化、脱酸和超低温处理,使其变成液化天然气(LNG,LiquefiedNatural Gas),此时体积约为0℃、1个标准大气压下相同质量天然气体积的1/600。近年来,全球LNG产能快速增长,LNG生产和贸易日趋活跃,预计2020年我国LNG进口量会达到2005年的8倍。在此背景下,海上LNG浮式储存和再气化装置(FSRU,Floating Storage and Re-gasification Unit)也将得到日益广泛的应用。LNG-FSRU,是集LNG接收、存储、转运、再气化外输等多种功能于一体的特种装备,配备推进系统,兼具LNG运输船功能。LNG-FSRU的投入占比从2010年的不足10%,提高到2017年的40%以上,LNG-FSRU受到越来越多国家的青睐。气化器是LNG产业链上一个非常重要的设备,而LNG-FSRU对气化器的换热效率、设备体积和重量提出了更高的要求,常规换热器的体积和重量往往都无法满足LNG-FSRU在海洋上的使用要求。由于LNG气化器需要在低温/高压条件下运行,介质温度往往低至-160℃以下,工作压力往往为超临界压力,因此必须研制出能够适应低温/高压条件下的高效紧凑的强化传热装置。

减小换热器水力直径是提高换热器紧凑度的重要手段,高效微细通道换热器的通道水力直径一般仅为0.5~2.0mm,紧凑度可达到2500m

基于此,本发明设计了一种新型微细通道换热器,以解决上述提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型微细通道换热器,以解决上述提到的问题。

为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种新型微细通道换热器,包括布置在热流道换热板和冷流道换热板一端的热流道入口与冷流道出口以及布置在热流道换热板和冷流道换热板另一端的热流道出口和冷流道入口,所述热流道换热板和冷流道换热板均包括中间换热段和设置在所述中间换热段两端的通道入口和通道出口,流体通过所述通道入口依次流入所述中间换热段的入口段、中间换热段、所述中间换热段的出口段,然后由通道出口流出,所述中间换热段由多个采用前置为渐缩式纵向涡发生器与后置为NACA翼形结构的组合结构组成,多个所述组合结构采用顺排排列或者叉排排列形式进行布置。

优选的,所述渐缩式纵向涡发生器为三角形翼结构、梯形翼结构、矩形翼结构或者圆弧翼结构。

优选的,多个所述采用前置为渐缩式纵向涡发生器与后置为NACA翼形结构的组合结构采用均匀纵向间距进行布置或者非均匀纵向间距进行布置。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:该种新型微细通道换热器采用强化传热结构既能利用渐缩式纵向涡发生器增加换热能力的同时尽可能的减小流动阻力的特性,又能充分利用微细通道气化器内沿程超临界LNG强变物性的特殊性来达到增强换热同时减小流动阻力的目的,最大可能提升微细通道换热器的综合传热性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图;

图2为本发明局部俯视图;

图3为本发明图2的侧视图;

图4为本发明叉排排列结构示意图;

图5为本发明顺排排列结构示意图;

图6为本发明LNG定压比热随温度变化图;

图7为本发明综合换热性能比较图。

附图中,各标号所代表的部件列表如下:

1、中间换热段;2、通道入口;3、通道出口;4、渐缩式纵向涡发生器;5、NACA翼形结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。

如图6所示,超临界LNG热物性参数随着温度的变化产生巨大的波动,尤其在准临界温度附近,物性参数变化更加剧烈。

针对这一特性,本发明目的在于充分利用微细通道气化器内沿程超临界LNG强变物性的特殊性,基于强变物性对微细通道换热器流动换热性能的影响特性,提出适用于低温/高压条件下超临界LNG的新型高效低阻微细通道最优强化传热通道形式。

请参阅图1-5,本发明提供一种技术方案:一种新型微细通道换热器,包括布置在热流道换热板和冷流道换热板一端的热流道入口与冷流道出口以及布置在热流道换热板和冷流道换热板另一端的热流道出口和冷流道入口,所述热流道换热板和冷流道换热板均包括中间换热段1和设置在所述中间换热段1两端的通道入口2和通道出口3,流体通过所述通道入口2依次流入所述中间换热段1的入口段、中间换热段1、所述中间换热段1的出口段,然后由通道出口3流出,所述中间换热段1由多个采用前置为渐缩式纵向涡发生器4与后置为NACA翼形结构5的组合结构组成,多个所述组合结构采用顺排排列或者叉排排列形式进行布置。

作为本实施例中一种优选的实施方式,所述渐缩式纵向涡发生器4为三角形翼结构、梯形翼结构、矩形翼结构或者圆弧翼结构。

纵向涡发生器作为第三代强化传热表面的代表形式,能够在流体内产生纵向涡旋来实现强化传热的目的,尤其是渐缩式纵向涡发生器(CFU,Common Flow Up)在流动通道内产生相反方向旋转的纵向涡对,破坏流动边界层的同时,形成的涡对互相提升远离通道的下壁面,减弱与下壁面的相互作用,纵向涡发生器造成的阻力损失(形阻)甚至会比光通道还小,因此在增加换热能力的同时,又尽可能的减小流动阻力,能够提升微细通道换热器的综合传热性能。

作为本实施例中一种优选的实施方式,多个所述采用前置为渐缩式纵向涡发生器4与后置为NACA翼形结构5的组合结构采用均匀纵向间距进行布置或者非均匀纵向间距进行布置。

对于热物性变化较小区域采用均匀纵向间距Pl进行布置,热物性变化较大区域采用非均匀纵向间距布置,纵向间距可按1.1Pl、1.2Pl、1.3Pl、1.2Pl、1.1Pl等规律选取,充分利用微细通道气化器内沿程超临界LNG强变物性的特殊性来达到增强换热同时减小流动阻力的目的。在流动方向采用非均匀纵向间距进行布置,既能利用渐缩式纵向涡发生器增加换热能力的同时尽可能的减小流动阻力的特性,又能充分利用微细通道气化器内沿程超临界LNG强变物性的特殊性来达到增强换热同时减小流动阻力的目的,最大可能提升微细通道换热器的综合传热性能。

实施例

为了详细说明本发明对微细通道换热器综合传热性能的提升效果,下面通过具体实例进行比较,进行比较的微细通道换热器结构如表1所示。

表1不同微细通道换热器结构

在对换热器综合换热性能进行比较时,常常利用JF因子来评价强化传热性能的好坏,JF因子越大,表示综合性能越好,其表示方式如下所示:

式中,j表示Colburn因子,f表示Darcy摩擦因子,下标表示参考工况,本实例参考工况为Case 1。

图7为三种不同结构微细通道换热器综合换热效果的比较。由图7可知,Case 3的综合换热性能最好,Case 2次之,Case 1最差。Case2换热性能优于Case 1表明前置渐缩式纵向涡发生器与后置NACA翼形组合结构能够更好提升微细通道换热器综合换热性能,Case3换热性能优于Case 2表明充分利用微细通道换热器微细通道内超临界LNG定压比热容较大的区域能够提高对流换热性能。

在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

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技术分类

06120112165113