本發(fā)明涉及一種基于內(nèi)外翻轉(zhuǎn)且二次湍擾式換熱器，尤其涉及一種通過層湍過渡區(qū)實(shí)現(xiàn)冷流和熱流由層流轉(zhuǎn)為湍流，通過一擾換熱區(qū)實(shí)現(xiàn)一次延時(shí)擾動(dòng)渦旋換熱，通過通過翻轉(zhuǎn)換熱區(qū)實(shí)現(xiàn)冷流的內(nèi)、外層翻轉(zhuǎn)，通過二擾換熱區(qū)實(shí)現(xiàn)二次延時(shí)擾動(dòng)渦旋換熱，通過湍層過渡區(qū)實(shí)現(xiàn)冷流和熱流由湍流轉(zhuǎn)為層流，屬于換熱器的技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備，在化工、石油、動(dòng)力、食品等工業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，但目前使用的換熱器仍存在以下問題：一是換熱效率低，部分換熱器湍流效果差，無法充分形成湍流狀態(tài)流動(dòng)，從而使得冷流、熱流不能充分換熱，造成換熱器的換熱效率低；二是冷流未充分換熱，換熱器內(nèi)的冷流在與熱流換熱時(shí)，如將流動(dòng)的冷流看做圓柱體，在換熱的過程中，只能是冷流的外層參與換熱，而冷流的內(nèi)層即內(nèi)部冷流無法直接與熱流進(jìn)行換熱，使得內(nèi)部的冷流在流動(dòng)過程中白白浪費(fèi)，如將內(nèi)層的冷流也能如外層冷流一樣參與換熱，將有效提高換熱器的換熱效率。

2、因此，針對現(xiàn)有換熱器在使用中普遍存在的換熱效率低、冷流未充分換熱等問題，應(yīng)從換熱器工作方式及結(jié)構(gòu)上進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)出換熱效率高、冷流充分換熱的一種換熱器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有換熱器在使用中普遍存在的換熱效率低、冷流未充分換熱等問題，提供了一種可有效解決上述問題的一種基于內(nèi)外翻轉(zhuǎn)且二次湍擾式換熱器。

2、本發(fā)明的一種基于內(nèi)外翻轉(zhuǎn)且二次湍擾式換熱器采用以下技術(shù)方案：

3、一種基于內(nèi)外翻轉(zhuǎn)且二次湍擾式換熱器，包括熱流管、冷流管、層湍過渡區(qū)、一擾換熱區(qū)、翻轉(zhuǎn)換熱區(qū)、二擾換熱區(qū)和湍層過渡區(qū)，冷流管安裝在熱流管內(nèi)，層湍過渡區(qū)、一擾換熱區(qū)、翻轉(zhuǎn)換熱區(qū)、二擾換熱區(qū)和湍層過渡區(qū)由左到右依此布置在換熱器內(nèi)；所述熱流管和冷流管為圓管形結(jié)構(gòu)，冷流管位于熱流管的正中，熱流管和冷流管的兩端分別焊接有左封蓋和右封蓋，熱流管與左封蓋和右封蓋內(nèi)側(cè)分別設(shè)有熱圓弧板和熱橡膠墊，冷流管與左封蓋和右封蓋內(nèi)側(cè)分別設(shè)有冷圓弧板和冷橡膠墊，左封蓋正中設(shè)有冷流入口，右封蓋正中設(shè)有冷流出口，熱管左側(cè)上端設(shè)有熱流入口，熱管右側(cè)底端設(shè)有熱流出口；所述層湍過渡區(qū)位于左封蓋和熱隔板a、冷隔板a間，層湍過渡區(qū)內(nèi)的冷流管內(nèi)設(shè)有左管a，熱隔板a為圓環(huán)板狀且設(shè)有8個(gè)周向均布的圓孔，冷隔板a為圓環(huán)板狀且設(shè)有4個(gè)周向均布的圓孔，左管a的底端為圓管狀且頂端為錐臺(tái)狀，左管a底端的圓管部分位于層湍過渡區(qū)內(nèi)，左管a的底端圓管上設(shè)有4個(gè)周向均布的圓孔；所述一擾換熱區(qū)位于熱隔板a、冷隔板a和熱隔板b、冷隔板b間，一擾換熱區(qū)內(nèi)設(shè)有左管b、左管c、冷擾流板、熱擾流板a和熱擾流板b，熱擾流板b兩側(cè)對稱設(shè)有熱擾流板a，左管a頂端的錐臺(tái)部分位于一擾換熱區(qū)內(nèi)，左管b為圓管狀，左管c的底端為圓管狀且頂端為錐臺(tái)狀，左管b左與左管a的錐臺(tái)部分連接，左管b右與左管c的錐臺(tái)部分連接，冷擾流板為圓環(huán)板狀且設(shè)有4個(gè)周向均布的圓孔，熱擾流板a為圓環(huán)板狀且設(shè)有2層圓孔，熱擾流板a外層設(shè)有8個(gè)周向均布的圓孔，熱擾流板a內(nèi)層設(shè)有4個(gè)周向均布的圓孔，熱擾流板b為圓環(huán)板狀且設(shè)有8個(gè)周向均布的圓孔，熱擾流板a和熱擾流板b上圓孔交錯(cuò)布置，熱隔板b為圓環(huán)板狀且設(shè)有4個(gè)周向均布的圓孔，冷隔板b為圓環(huán)板狀且設(shè)有4個(gè)周向均布的扇形孔；所述翻轉(zhuǎn)換熱區(qū)位于熱隔板b、冷隔板b和熱隔板c、冷隔板c間，翻轉(zhuǎn)換熱區(qū)內(nèi)設(shè)有左管d、右管d、翻轉(zhuǎn)弧管a和翻轉(zhuǎn)弧管b，左管d和右管d為圓筒形結(jié)構(gòu)，左管d與左管c的圓管處連接，左管d和右管d的側(cè)面分別對稱設(shè)有2個(gè)扇形孔，翻轉(zhuǎn)弧管a和翻轉(zhuǎn)弧管b的數(shù)量分別為2個(gè)且為扇筒形結(jié)構(gòu)，翻轉(zhuǎn)弧管a和翻轉(zhuǎn)弧管b的側(cè)面分別設(shè)有扇形孔，翻轉(zhuǎn)弧管a焊接在右管d上且各扇形孔相對應(yīng)，翻轉(zhuǎn)弧管b焊機(jī)在左管d上且各扇形孔相對應(yīng)，2個(gè)翻轉(zhuǎn)弧管a和2個(gè)翻轉(zhuǎn)弧管b形成整圓，左管d底面設(shè)有圓柱凸塊，右管d底面設(shè)有圓柱凹槽，左管d和右管d緊密貼合；所述二擾換熱區(qū)位于熱隔板c、冷隔板c和熱隔板d、冷隔板d間，二擾換熱區(qū)內(nèi)設(shè)有右管c、右管b、右管a、冷擾流板、熱擾流板a和熱擾流板b，熱擾流板b兩側(cè)同樣對稱設(shè)有熱擾流板a，熱隔板c、熱隔板d與熱隔板b的結(jié)構(gòu)尺寸相同，冷隔板c與冷隔板b的結(jié)構(gòu)尺寸相同，冷隔板d與冷隔板a的結(jié)構(gòu)尺寸相同，右管a、右管b、右管c分別和左管a、左管b、左管c的結(jié)構(gòu)尺寸相同，右管a頂端的錐臺(tái)部分位于二擾換熱區(qū)內(nèi)；所述湍層過渡區(qū)位于右封蓋和熱隔板d、冷隔板d間，右管a底端的圓管部分位于湍層過渡區(qū)內(nèi)。

4、所述熱流管和冷流管等長；熱圓弧板為圓環(huán)狀且圓環(huán)處呈外平內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，熱圓弧板圓環(huán)處的內(nèi)凹徑向值為外平徑向值的15倍，冷圓弧板為圓環(huán)狀且圓環(huán)處呈外平內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，冷圓弧板圓環(huán)處的外平徑向值與內(nèi)凹徑向值相等；熱橡膠墊分別位于熱圓弧板與左封蓋和右封蓋間，冷橡膠墊分別位于冷圓弧板與左封蓋和右封蓋間，熱橡膠墊底面為平面且分別與左封蓋和右封蓋貼合，熱橡膠墊頂面設(shè)有與熱圓弧板相同的曲面且與熱圓弧板貼合，冷橡膠墊底面為平面且分別與左封蓋和右封蓋貼合，冷橡膠墊頂面設(shè)有與冷圓弧板相同的曲面且與冷圓弧板貼合；左管a底端與冷圓弧板外平處接觸。

5、所述熱隔板a、熱隔板b、熱隔板c和熱隔板d內(nèi)端焊接在冷流管外端面上，冷隔板a、冷隔板b、冷隔板c和冷隔板d內(nèi)端依次焊接在左管a、左管c、右管c和右管a的外端面上；熱擾流板a和熱擾流板b的內(nèi)端焊接在冷流管的外端面上；左管b和右管b的外側(cè)面正中焊接有冷擾流板；熱流管內(nèi)由左到右依次布置的熱隔板a、熱擾流板a、熱擾流板b、熱擾流板a、熱隔板b、熱隔板c、熱擾流板a、熱擾流板b、熱擾流a、熱隔板d相鄰之間分別焊接有支桿a；冷流管內(nèi)由左到右依次布置的冷隔板a、冷擾流板和冷隔板b間焊接有支桿b，冷隔板c、冷擾流板和冷隔板d間焊接有支桿b；熱隔板a和熱隔板d靠近熱圓弧板處分別焊接有支桿a且支桿a另一端與熱圓弧板外平處接觸；冷隔板a和冷隔板d靠近冷圓弧板處分別焊接有支桿b且支桿b另一端與冷圓弧板外平處接觸；支板a與熱流管內(nèi)側(cè)面接觸，支板b與冷流管內(nèi)側(cè)面接觸；冷隔板b的扇形孔大于翻轉(zhuǎn)弧管a的扇形孔，冷隔板c的扇形孔大于翻轉(zhuǎn)弧管b的扇形孔。

6、所述左管a、左管b、左管c和左管d間采用焊接連接，右管a、右管b、右管c和右管d間采用焊接連接；熱流管和內(nèi)流管的壁厚值相等，左管a、左管b、左管c、左管d、右管a、右管b、右管c、右管d、翻轉(zhuǎn)弧管a和翻轉(zhuǎn)弧管d的壁厚值相等且為熱流管壁厚值的1/3。

7、本發(fā)明通過層湍過渡區(qū)實(shí)現(xiàn)冷流和熱流由層流轉(zhuǎn)為湍流，即通過層湍過渡區(qū)內(nèi)的熱隔板a和熱圓弧板將熱流管內(nèi)的熱流由層流轉(zhuǎn)為湍流，通過左管a上的圓孔、冷隔板a和冷圓弧板將冷流管內(nèi)的冷流由層流轉(zhuǎn)為湍流，使熱流和冷流在湍流狀態(tài)下充分換熱。

8、本發(fā)明在熱流管與左封蓋和右封蓋內(nèi)側(cè)分別設(shè)有熱圓弧板和熱橡膠墊，冷流管與左封蓋和右封蓋內(nèi)側(cè)分別設(shè)有冷圓弧板和冷橡膠墊，通過這種設(shè)計(jì)既能擾流聚攏又能緩和沖擊，即通過熱圓弧板和冷圓弧板的內(nèi)凹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使流體在擾動(dòng)時(shí)聚攏流動(dòng)，又能通過熱橡膠墊和冷橡膠墊緩和流體對熱圓弧板和冷圓弧板的沖擊，并降低換熱器內(nèi)流體的沖擊噪聲。

9、本發(fā)明將熱隔板a內(nèi)端焊接在冷流管外端上，熱隔板a上設(shè)有8個(gè)周向均布的圓孔，通過這種設(shè)計(jì)既能實(shí)現(xiàn)對冷流管的支撐，又能實(shí)現(xiàn)熱流由層流變?yōu)橥牧?，即通過熱隔板a的阻擋及其上圓孔釋放部分熱流通過，使得熱流由層流變?yōu)橥牧鳌?/p>

10、本發(fā)明將冷隔板a內(nèi)端焊接在左管a外端面上，冷隔板a上設(shè)有4個(gè)周向均布的圓孔，通過這種設(shè)計(jì)既能實(shí)現(xiàn)對左管a的支撐，又能通過冷隔板a的阻擋及其上的圓孔，經(jīng)冷流由層流變?yōu)橥牧鳌?/p>

11、本發(fā)明在熱隔板a外端焊接有支桿a，在冷隔板a外端焊接有支桿b，通過這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對熱隔板a和冷隔板a的支撐作用。

12、本發(fā)明通過一擾換熱區(qū)實(shí)現(xiàn)一次延時(shí)擾動(dòng)渦旋換熱，即通過一擾換熱區(qū)內(nèi)的熱擾流板a、熱擾流板b使熱流管內(nèi)的熱流實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)渦旋流動(dòng)并延長熱流在一擾換熱區(qū)的停留時(shí)間，通過冷擾流板實(shí)現(xiàn)冷流管內(nèi)的外層冷流實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)渦旋流動(dòng)并延長冷流在一擾換熱區(qū)的停留時(shí)間，在加大熱流和冷流的湍流狀態(tài)以及長停留時(shí)間下，實(shí)現(xiàn)冷流和熱流的充分換熱。

13、本發(fā)明將左管a底端與冷圓弧板外平處接觸，通過這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對左管a的軸向支撐，防止在冷流的沖擊下左管a發(fā)生軸向移動(dòng)。

14、本發(fā)明在左管a的底端圓管上設(shè)有4個(gè)周向均布的圓孔，通過這種設(shè)計(jì)既能實(shí)現(xiàn)對進(jìn)入冷流管內(nèi)的冷流進(jìn)行內(nèi)、外管的分流，又能在分流過程中，通過縮窄的流道，實(shí)現(xiàn)冷流由層流變?yōu)橥牧鳌?/p>

15、本發(fā)明將左管a設(shè)為底端為圓管狀且頂端為錐臺(tái)狀，通過這種設(shè)計(jì)既能實(shí)現(xiàn)左管a內(nèi)冷流的加速流動(dòng)，即縮小的流道加速左管a內(nèi)冷流的流速，使左管a內(nèi)的冷流快速進(jìn)入到二擾換熱區(qū)進(jìn)行換熱，又能使左管a外側(cè)的一擾換熱區(qū)徑向截面加大，提高換熱效率，即頂端的錐狀使外側(cè)冷流的流道增大，促使在一擾換熱區(qū)內(nèi)有大量的冷流且使冷流降速，延長冷流在冷管內(nèi)的時(shí)間，以便進(jìn)行充分換熱，提高換熱的效率。

16、本發(fā)明將熱隔板a為圓環(huán)板狀且設(shè)有8個(gè)周向均布的圓孔，熱隔板b為圓環(huán)板狀且設(shè)有4個(gè)周向均布的圓孔，通過這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)熱流快速進(jìn)入到一擾換熱區(qū)內(nèi)，并緩慢流出一擾換熱區(qū)。

17、本發(fā)明將熱擾流板a和熱擾流板b上圓孔交錯(cuò)布置，通過這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)熱流的曲向流動(dòng)，即熱流將熱隔板a進(jìn)入到一擾換熱區(qū)內(nèi)，在擾流板a中部阻擋下，熱流只能曲向經(jīng)擾流板a內(nèi)外兩層的圓孔流向擾流板b，又因熱擾流板b只有中部開有圓孔，熱流再次曲向經(jīng)擾流板b上的圓孔流出，這種交錯(cuò)非同軸圓孔設(shè)計(jì)，促使熱流曲向湍流運(yùn)動(dòng)，并且在擾流板a和熱擾流板b非孔處的阻擋運(yùn)動(dòng)下降速，延長熱流的在一擾換熱區(qū)內(nèi)的時(shí)間，進(jìn)行充分換熱，提高換熱的效率。

18、本發(fā)明在熱擾流板b兩側(cè)對稱設(shè)有熱擾流板a，通過這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)熱流的多次曲向湍流流動(dòng)。

19、本發(fā)明通過通過翻轉(zhuǎn)換熱區(qū)實(shí)現(xiàn)冷流的內(nèi)、外層翻轉(zhuǎn)，即通過翻轉(zhuǎn)換熱區(qū)的翻轉(zhuǎn)弧管a將外層冷流轉(zhuǎn)為內(nèi)層冷流，通過翻轉(zhuǎn)弧管b將內(nèi)層冷流轉(zhuǎn)為外層冷流，使冷流的內(nèi)、外層充分參與到換熱，提高冷流的利用率，進(jìn)而提高換熱器的效率。

20、本發(fā)明將冷隔板b的扇形孔設(shè)為大于翻轉(zhuǎn)弧管a的扇形孔，冷隔板c的扇形孔設(shè)為大于翻轉(zhuǎn)弧管b的扇形孔，通過這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)換熱后的冷流無阻擋快速進(jìn)入到翻轉(zhuǎn)弧管a內(nèi)，為換熱的冷流經(jīng)翻轉(zhuǎn)弧管b無阻擋快速到二擾換熱區(qū)。

21、本發(fā)明將2個(gè)翻轉(zhuǎn)弧管a和2個(gè)翻轉(zhuǎn)弧管b設(shè)為形成整圓結(jié)構(gòu)，通過這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)冷流無內(nèi)泄漏在翻轉(zhuǎn)弧管a和翻轉(zhuǎn)弧管b內(nèi)流動(dòng)，并且整圓結(jié)構(gòu)在形成整體密封的同時(shí)，還是對左管d和右管d起到支撐的作用。

22、本發(fā)明在左管d底面設(shè)有圓柱凸塊，右管d底面設(shè)有圓柱凹槽，通過這設(shè)計(jì)便于左管d和右管d的定位配合安裝。

23、本發(fā)明通過二擾換熱區(qū)實(shí)現(xiàn)二次延時(shí)擾動(dòng)渦旋換熱，即通過二擾換熱區(qū)內(nèi)的熱擾流板a、熱擾流板b對熱流實(shí)現(xiàn)曲向延時(shí)且擾動(dòng)渦旋流動(dòng)，通過冷擾流板對剛轉(zhuǎn)為外層冷流的流體進(jìn)行曲向延時(shí)且擾動(dòng)渦旋流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)冷流和熱流的再次充分換熱。

24、本發(fā)明將左管a、左管b、左管c和左管d，以及右管a、右管b、右管c和右管d間采用焊接連接，通過這種焊接方式既能保證各管的強(qiáng)度，也能保證各管的密封連接。

25、本發(fā)明將左管a等壁厚值設(shè)為熱流管壁厚值的1/3，通過這種薄壁設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)冷流管內(nèi)冷流內(nèi)、外層的輔助分層，內(nèi)層冷流仍能間接通過外層冷流與熱流管內(nèi)的熱流換熱。

26、本發(fā)明通過湍層過渡區(qū)實(shí)現(xiàn)冷流和熱流由湍流轉(zhuǎn)為層流，即通過流道截面增大的右管a使冷流降速，并在低速平穩(wěn)流動(dòng)下由湍流轉(zhuǎn)為層流，通過熱流出口處熱隔板d和熱圓弧板的空曠區(qū)域，使熱流降速穩(wěn)流并由湍流轉(zhuǎn)為層流，層流狀態(tài)下的熱流和冷流能低噪聲、低沖擊的分別經(jīng)熱流出口和冷流出口流出。

27、本發(fā)明的有益效果是：通過層湍過渡區(qū)實(shí)現(xiàn)冷流和熱流由層流轉(zhuǎn)為湍流，通過一擾換熱區(qū)實(shí)現(xiàn)一次延時(shí)擾動(dòng)渦旋換熱，通過通過翻轉(zhuǎn)換熱區(qū)實(shí)現(xiàn)冷流的內(nèi)、外層翻轉(zhuǎn)，通過二擾換熱區(qū)實(shí)現(xiàn)二次延時(shí)擾動(dòng)渦旋換熱，通過湍層過渡區(qū)實(shí)現(xiàn)冷流和熱流由湍流轉(zhuǎn)為層流。