(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210839919.4 (22)申请日 2022.07.17 (71)申请人 北京化工大 学 地址 100029 北京市朝阳区北三环东路15 号 (72)发明人 李慧芳　李维聪　吴志伟　钱才富　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 张立改 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 113/14(2020.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 大轮径弓形截面螺旋管夹套内流体流动与 传热努塞尔数与摩擦系数的计算方法 (57)摘要 大轮径弓形截面螺旋管夹套内流体流动与 传热努塞尔数与摩擦系数的计算方法， 涉及半管 式夹套。 在圆形截面螺旋管管内流体流动和传热 努塞尔数和摩擦系数计算公式的基础上， 考虑弓 形截面圆心角的影 响， 分别得到弓形截面夹套内 努塞尔数和摩擦系数的关联式， 并将其与 数值模 拟结果进行对比， 验证了关联式的准确性。 本发 明可通过公式计算得到大轮径弓形截面夹套的 努塞尔数和摩擦系数， 为弓形截面管式夹套的传 热工艺计算和工程设计提供了理论和应用支撑 。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115358162 A 2022.11.18 CN 115358162 A 1.一种大轮径弓形截面螺旋管夹套内流体流动与传热努塞尔数与摩擦系数的计算方 法， 其特征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 确定弓形截面夹套的基础参数： 弓形截 面对应圆弧壁处管子内径d， 螺旋轮径Dc， 弓形截面圆心角 α， 流体密度ρ 、 动力粘度 μ、 流体流速u、 普朗特 数Pr； 步骤2： 根据以上已知数据计算出夹套内流体的当量 直径de、 雷诺数Re以及曲率比δ； 步骤3： 改变参数值进行数值模拟， 得出夹套内流体流动和传热特性参数——努塞尔数 和摩擦系数； 式中Re——雷诺数， de——当量直径， m， A——夹套流通横截面积， m2， L——夹套截面润湿周长， m， u——流体流速， m/s， ρ ——流体密度， kg/m3； μ——动力粘 度， Pa﹒ s； Pr——普朗特 数； δ ——曲率比， d——管子内直径， m， Dc——螺旋轮径， m； α ——弓形截面圆心角。 2.按照权利要求1所述的方法， 其特征在于， 适用范围： 10000≤Re≤30000,90 °≤α≤ 180°,40mm≤d≤10 6mm,1000mm≤Dc≤4500mm。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115358162 A 2大轮径弓形 截面螺旋管夹套内流体流动与传热努塞 尔数与摩 擦系数的计算方 法 技术领域 [0001]本发明涉及半管式夹套， 具体涉及计算大轮径弓形截面螺旋管式夹套内流体流动 与传热努塞尔数和摩擦系数的计算方法。 背景技术 [0002]工程上往往通过在 容器外安装夹套来对容器内部介质进行加热或冷却， 夹套设备 正广泛应用于化工、 轻工、 造纸、 制药以及食品等国家基础产业中， 其性能的优劣及强化传 热对过程工业节 能降耗具有重要影响。 螺旋半管式夹套作为夹套容器的一种， 与整体夹套 相比， 具有传热效率高、 承载能力强、 节约能源、 节省材料等优点。 由于以上优越性， 半管式 夹套在工业 生产装置中越来越受到青睐。 [0003]半管式夹套按照其横截面结构不 同， 分为半圆形和弓形半管夹套。 半圆管或弓形 管夹套主要利用带材旋压成型， 即采用金属板带作为原材料， 金属板带在前后直排的数组 成型辊轮中通过， 随着辊轮的回转， 在将带料向前送进的同时， 顺次横向弯曲成半圆形(或 弓形)， 最后进行纵向弯曲成环状。 因此， 弓形截面半管的制造成型难度要 小于半圆管。 [0004]管内流体的流动及传热是考察夹套性能的重要指 标， 工程上努塞尔数反映夹套内 的传热特性， 摩擦系 数反映夹套内的流动特性。 当前国内外学者对圆形截面螺旋管夹套和 半圆管夹套研究颇多， 关联式也是针对以上两种， 但研究发现， 在流量和换热量一定时， 弓 形管夹套相比于同一管径的半圆管夹套流速更高， 雷诺数更大， 换热效果更好， 因而 更能节 省材料， 减小制造难度， 但流动阻力更大。 以综合性能评价因子pec来评价夹套的综合传热 效果， 计算公式如下： [0005] [0006]式中： Nu——努塞尔数； [0007]f——摩擦系数； [0008]Nu0——对应截面圆心角为180 °时的努塞尔数； [0009]f0——对应截面圆心角为180 °时的摩擦系数。 [0010]研究发现弓形截面夹套的综合换热性能好于半圆形截面。 因此研究弓形管夹套的 强化作用， 且给出用于计算 实际工程中大多使用的设备筒体直径较大的大轮径弓形螺旋管 夹套努塞尔数与摩擦系数的关联式具有重要工程应用价 值。 发明内容 [0011]不同圆心角的夹套截面示意图如图1所示， 螺旋半管式夹套模型示意图如图2所 示。 为更好的研究实际工程中弓形截面管夹套的强化传热， 本发明给出了用以计算大轮径 弓形截面螺旋管夹套内的努塞尔数和摩擦系数的关联式， 为 实际工程中大轮径弓形管夹套 的工艺设计 计算提供了理论基础。说　明　书 1/4 页 3 CN 115358162 A 3