本發(fā)明涉及換熱、冷凝、制冷空調(diào)機械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種螺旋槽孔板換熱器及其換熱方法。

背景技術(shù)：
換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設(shè)備是化工、石油、動力、航空航天及其它許多工業(yè)部門的通用設(shè)備，在生產(chǎn)中占有重要地位。目前槽孔縱流式換熱器由于其結(jié)構(gòu)簡單可靠、換熱效率高、壓降小等優(yōu)點，在許多場合已經(jīng)替代了傳統(tǒng)的弓形板式換熱器。槽孔縱流換熱器是通過槽孔形狀進行分類的，不同形狀的槽孔代表不同的類型的槽孔縱流式換熱器，諸如梅花型孔板槽孔換熱器、矩形孔板槽孔換熱器。但并未有研究者將目光置于孔槽上面。而我們通過實驗也發(fā)現(xiàn)，不同的孔槽也會對換熱效率產(chǎn)生巨大的影響。因此，不僅是孔形，通過改變孔槽槽孔縱流換熱器也可以得到較大換熱效率的提升。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的提供一種熱交換效率更高的螺旋槽孔板換熱器及其換熱方法。一種螺旋槽孔板換熱器，包括殼程管箱，在殼程管箱中安裝有螺旋槽孔板，換熱管安裝于槽孔板的槽孔的中心；換熱管的兩端分別與第一管程管箱、第二管程管箱相連；其特征在于：上述槽孔板的槽孔的棱線為螺旋形棱線；依據(jù)對換熱器的設(shè)計參數(shù)要求范圍，選擇螺旋形棱線的波長，然后確定槽板的厚度；螺旋槽孔板的厚度盡量厚，但不超過上述螺旋形棱線波長的1/4。換熱器的設(shè)計參數(shù)具體包括換熱器內(nèi)部的傳熱系數(shù)、換熱面積、壓力降等參數(shù)。所述的螺旋槽孔板換熱器的換熱方法，其特征在于包括以下過程：管程流體由第一管程管箱的入口進入，由第二管程管箱的出口排出；而殼程流體由管箱入口流入，殼程流體在經(jīng)過槽孔板時，由于槽孔棱線為螺旋形棱線，所以產(chǎn)生多股高速螺旋射流，與管程流體進行換熱，最后經(jīng)管箱出口流出。所述的螺旋槽孔板換熱器，其特征在于：上述槽孔板上的槽孔外形為梅花形，或矩形，或星形。本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，外形新穎，便于生產(chǎn)，具有良好的熱交換能力，提高了熱交換效率，可廣泛應(yīng)用于化工、航空等領(lǐng)域。附圖說明圖1是該換熱器的正二側(cè)視圖；圖2是該換熱器的槽孔板視圖；圖3是當(dāng)雷諾數(shù)為5000時，螺旋線波長為60mm的螺旋槽孔板換熱器的流場流線圖；圖4是當(dāng)雷諾數(shù)為5000時，螺旋線波長為60mm的傳統(tǒng)槽孔板換熱器的流場流線圖；圖5是不同的螺旋槽螺旋線波長下，殼程流體的對流換熱系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化曲線圖；圖6是螺旋槽螺旋線波長為60mm時，在螺旋槽孔板的不同厚度下，殼程流體的對流換熱系數(shù)以及壓降隨雷諾數(shù)的變化曲線圖；圖7是Re數(shù)為5000時，孔板厚度為3mm與8mm在相同位置處的流場對比圖；圖中標號名稱：1.第一管程管箱，2.換熱管，3.螺旋槽孔板，4.殼程管箱，5.第二管程管箱。具體實施方式如圖所示，為了解決背景技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案：它是由法蘭，支座，邊側(cè)管箱，換熱管，螺旋槽孔板，管箱組成；管程流體由邊側(cè)管箱1進入，由邊側(cè)管箱2排出，而殼程流體由管箱入口流入，與換熱管中的管程流體進行換熱，并且流過多個螺旋槽孔板增強擾動，換熱效果增強，最后經(jīng)殼體出口流出。所述的大管箱采用不銹鋼材質(zhì)制成，具有耐磨耐腐蝕的作用。實驗驗證數(shù)值模擬實驗的方法是一種較為成熟的研究流體流動及傳熱的方法，許多研究機構(gòu)都采用數(shù)值模擬實驗來對換熱器的性能進行驗證比較。通過數(shù)值模擬實驗的方法，驗證得到的螺旋槽孔板換熱器，相比傳統(tǒng)的槽孔板換熱器具有較強的換熱效果。在保持換熱器進口溫度及換熱管壁溫度不變的條件下，模擬了五組不同殼程雷諾數(shù)下兩型換熱器的殼程流動與換熱。為了便于進行模擬求解，對換熱器模型邊界條件進行了適當(dāng)簡化。模型進口為速度進口，溫度為360K。出口設(shè)定為壓力出口，出口表壓為0Pa，參考壓力1atm。換熱管外壁面溫度為300K的恒溫光滑靜止壁面，其余壁面均設(shè)定為絕熱的光滑靜止壁面。得到結(jié)果如圖3、4所示。圖3圖4分別為當(dāng)雷諾數(shù)為5000時，螺旋線波長為60mm的螺旋槽孔板換熱器與傳統(tǒng)槽孔板換熱器的流場流線圖。由兩圖比較可以看出，在槽孔處由于流道面積突然減小，流體流速增大，產(chǎn)生射流效應(yīng)，射流沖刷換熱管壁破壞邊界層，強化殼程換熱。而且由于螺旋流道的導(dǎo)流作用，在兩孔板之間的區(qū)域的流體整體呈螺旋狀流動，螺旋流動會產(chǎn)生作用在流體上的離心力。在離心力的作用下周期的改變速度方向,從而加強了流體的縱向混合，亦對殼程換熱也起到強化作用。圖5是不同的螺旋槽螺旋線波長下，殼程流體的對流換熱系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化曲線圖。此時的槽孔板厚度為8mm。由圖可知，隨著螺旋槽螺旋線波長的減小，相同雷諾數(shù)下的平均對流換熱系數(shù)均有增加；在雷諾數(shù)為2000時，當(dāng)螺旋線波長為60mm與80mm時換熱器平均對流換熱系數(shù)相差6.75％，螺旋線波長為80mm與120mm的換熱器平均對流換熱系數(shù)相差6.51％；當(dāng)雷諾數(shù)為20000時，當(dāng)螺旋線波長為60mm與80mm時換熱器平均對流換熱系數(shù)相差6.81％，螺旋線波長為80mm與120mm的換熱器平均對流換熱系數(shù)相差6.86％。圖6時螺旋槽螺旋線波長為60mm時，在螺旋槽孔板的不同厚度下，殼程流體的對流換熱系數(shù)以及壓降隨雷諾數(shù)的變化曲線圖。隨著螺旋槽孔板的厚度增加，殼程流體的對流換熱系數(shù)增大，但同時壓降也會增大。這是由于隨著螺旋槽孔板的厚度增加，流體在螺旋槽孔內(nèi)受到的阻力做功更多，能量損失更多，因而壓降增大，進而導(dǎo)致流體速度降低，流體的軸向速度降低，所以流場流線更加密實，擾動更加強烈，所以殼程流體的對流換熱系數(shù)更強。如圖7所示，圖7為Re數(shù)為5000時，孔板厚度為3mm與8mm在相同位置處的流場對比圖。所以在壓降允許的范圍內(nèi)，應(yīng)選擇較厚的螺旋槽孔板。但是由于材料成本原因，所選擇的螺旋槽孔板厚度一般不要超過槽孔棱線波長的1/4。