專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氣動(dòng)式氣體加熱裝置及氣體加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣動(dòng)式氣體加熱裝置及氣體加熱方法。
背景技術(shù)：
高溫氣體廣泛應(yīng)用于冶金煉鋼行業(yè)等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。常規(guī)氣體加熱(如燃?xì)狻?電熱等)都是利用熱傳導(dǎo)、對(duì)流、熱輻射將熱量首先傳遞給發(fā)熱體表面附近的 氣體，再通過(guò)對(duì)流換熱逐步使氣體整體溫度升高。要使氣體整體達(dá)到所需的 溫度，需要一定的傳熱時(shí)間。用溫差加熱方式加熱時(shí)，為提高加熱速度，就 需升高外部溫度，加大溫差梯度，從而也增大了熱損失。
而內(nèi)通道高速氣體氣動(dòng)加熱方法是把高速壓縮空氣的一部分動(dòng)能和壓能 直接轉(zhuǎn)化為其內(nèi)能(熱能)，故可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到均勻加熱。而且，壓縮氣 體被譽(yù)為"人類(lèi)第二大能源"，可見(jiàn)該加熱方法有廣泛利用的基礎(chǔ)。但目前 并未有這方面的相關(guān)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、加熱均勻而且升溫迅 速的氣動(dòng)式氣體加熱裝置以及利用該加熱裝置的氣體加熱方法。 為達(dá)到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的 一種氣動(dòng)式氣體加熱裝置，其特征在于，包括由兩段直管相互密封連接的管道，管道內(nèi)壁設(shè)置有隔熱層，所述兩段直管連接處設(shè)置有支撐構(gòu)件聯(lián)接 一個(gè)置于管道內(nèi)截面中心位置的噴管，該噴管與管道絕緣層之間形成一個(gè)正 方向漸縮、反方向漸擴(kuò)的環(huán)形通道；該噴管內(nèi)設(shè)置有變截面氣流通道。
上述方案中，所述變截面氣流通道由多個(gè)環(huán)形漸擴(kuò)通道和多個(gè)環(huán)形漸縮 通道組成，所述環(huán)形漸擴(kuò)通道與環(huán)形漸縮通道沿噴管徑向相隔設(shè)置。環(huán)形漸 擴(kuò)通道可為2個(gè)，環(huán)形漸縮通道可為3個(gè)。
一種采用以上裝置的氣體加熱方法，包括下述步驟
(1) 首先在兩段直管內(nèi)壁設(shè)置隔熱層，然后用一個(gè)支撐構(gòu)件聯(lián)接一個(gè)噴 管，將支撐構(gòu)件置于兩段直管相向的端面之間，再將兩段直管的相向端面密 封連接成管道，并通過(guò)支撐構(gòu)件使噴管固定于管道內(nèi)截面中心位置，噴管與 管道絕緣層之間形成一個(gè)正方向漸縮、反方向漸擴(kuò)的環(huán)形通道；噴管內(nèi)設(shè)置 有變截面氣流通道；
(2) 將高速壓縮氣體由管道一端以亞音速送入，當(dāng)高速氣流通過(guò)噴管時(shí) 被分成兩股，中間一股進(jìn)入噴管的變截面氣流通道，周?chē)还蓜t進(jìn)入噴管與 隔熱層之間的正方向漸縮的環(huán)形管道內(nèi)，使兩股氣流在噴管末端匯合面上產(chǎn) 生速度差，發(fā)生剪切摩擦和擾動(dòng)而被加熱，被加熱氣體從管道的另一端流出。
上述方法中，所述噴管的變截面氣流通道可采用多個(gè)環(huán)形漸擴(kuò)通道和多 個(gè)環(huán)形漸縮通道組成，所述環(huán)形漸擴(kuò)通道與環(huán)形漸縮通道沿噴管徑向相隔設(shè) 置，當(dāng)高速氣流通過(guò)噴管時(shí)的中間一股被分成多股，在噴管末端匯合面上產(chǎn) 生多股氣流速度差，使匯合的多股氣流發(fā)生劇烈剪切摩擦和擾動(dòng)而被加熱。
本發(fā)明氣動(dòng)式氣體加熱裝置及加熱方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)加熱速度快； 加熱均勻；節(jié)能高效；清潔衛(wèi)生。此外，加熱裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、耐用、不易損 壞，在需要高溫氣體的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可以得到廣泛應(yīng)用


圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的A-A向剖視圖。
圖3是圖1中噴管的另一種剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1到圖3中l(wèi)-連接法蘭；2-連接螺栓；3-密封墊圈；4-連接法蘭 5-支撐構(gòu)件；6-噴管；7-管道；8-隔熱層；9-變截面氣流通道；10-漸縮環(huán)形 通道(正方向)；ll-環(huán)形漸擴(kuò)通道；12-環(huán)形漸縮通道。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述
如圖1、圖2所示， 一種氣動(dòng)式氣體加熱裝置，包括由兩段直管相互密 封連接的管道7，管道內(nèi)壁設(shè)置有隔熱層8，兩段直管連接處設(shè)置有支撐構(gòu)件 5聯(lián)接一個(gè)置于管道7內(nèi)截面中心位置的噴管6，該噴管與管道絕緣層8之間 形成一個(gè)正方向漸縮、反方向漸擴(kuò)的環(huán)形通道10;該噴管6內(nèi)設(shè)置有變截面 氣流通道9。兩段直管的密封連接處采用連接法蘭1、 4，連接螺栓2和密封 墊圈3。支撐構(gòu)件5的結(jié)構(gòu)為一個(gè)具有徑向三等分間隔筋的法蘭，管道7可 采用鋼管。
高速壓縮氣體以亞音速v由左端進(jìn)入管道7，氣流被分成2股，中間一 股進(jìn)入噴管6的變截面氣流通道9，該變截面氣流通道9為一個(gè)漸擴(kuò)通道； 而邊緣的一股則進(jìn)入噴管6與隔熱層8之間的漸縮環(huán)形通道10內(nèi)，前者被減 速，而后者被加速，如此氣流便在匯合面B上產(chǎn)生剪切摩擦和擾動(dòng)，從而將 氣體的一部分壓能和動(dòng)能直接轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能(熱能)，實(shí)現(xiàn)加熱氣體的目的；氣體如自右端進(jìn)入，具有以上相同的效果。采用本實(shí)施例的裝置，氣體
加熱的溫度可達(dá)14攝氏度。
如圖3所示，為了提高加熱氣體的溫度，本發(fā)明對(duì)圖1中的噴管6進(jìn)行 了進(jìn)一步的改進(jìn)，即噴管6的變截面氣流通道9可設(shè)計(jì)為由多個(gè)環(huán)形漸擴(kuò)通 道11和多個(gè)環(huán)形漸縮通道12構(gòu)成；環(huán)形漸擴(kuò)通道與環(huán)形漸縮通道沿噴管6 的徑向相隔設(shè)置；環(huán)形漸擴(kuò)通道可為2個(gè)，環(huán)形漸縮通道可為3個(gè)。這樣， 當(dāng)高速氣流通過(guò)噴管6時(shí)的中間一股可被分成多股，在噴管末端匯合面B上 產(chǎn)生多股氣流速度差，使匯合的多股氣流發(fā)生劇烈剪切摩擦和擾動(dòng)而提高了 氣體加熱的溫度。采用圖3所示結(jié)構(gòu)的噴管比圖1結(jié)構(gòu)的噴管氣體加熱溫度 可提高IO攝氏度。
權(quán)利要求
1.一種氣動(dòng)式氣體加熱裝置，其特征在于，包括由兩段直管相互密封連接的管道，管道內(nèi)壁設(shè)置有隔熱層，所述兩段直管連接處設(shè)置有支撐構(gòu)件聯(lián)接一個(gè)置于管道內(nèi)截面中心位置的噴管，該噴管與管道絕緣層之間形成一個(gè)正方向漸縮、反方向漸擴(kuò)的環(huán)形通道；該噴管內(nèi)設(shè)置有變截面氣流通道。
2. 如權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)式氣體加熱裝置，其特征在于，所述變截面 氣流通道由多個(gè)環(huán)形漸擴(kuò)通道和多個(gè)環(huán)形漸縮通道組成，所述環(huán)形漸擴(kuò)通道 與環(huán)形漸縮通道沿噴管徑向相隔設(shè)置。
3. 如權(quán)利要求2所述的氣動(dòng)式氣體加熱裝置，其特征在于，所述環(huán)形漸 擴(kuò)通道為2個(gè)，環(huán)形漸縮通道可為3個(gè)。
4. 一種采用權(quán)利要求1氣動(dòng)式氣體加熱裝置的氣體加熱方法，其特征在 于，包括下述步驟(1) 首先在兩段直管內(nèi)壁設(shè)置隔熱層，然后用一個(gè)支撐構(gòu)件聯(lián)接一個(gè)噴 管，將支撐構(gòu)件置于兩段直管相向的端面之間，再將兩段直管的相向端面密 封連接成管道，并通過(guò)支撐構(gòu)件使噴管固定于管道內(nèi)截面中心位置，噴管與 管道絕緣層之間形成一個(gè)正方向漸縮、反方向漸擴(kuò)的環(huán)形通道；噴管內(nèi)設(shè)置 有變截面氣流通道；(2) 將高速壓縮氣體由管道一端以亞音速送入，當(dāng)高速氣流通過(guò)噴管時(shí) 被分成兩股，中間一股進(jìn)入噴管的變截面氣流通道，周?chē)还蓜t進(jìn)入噴管與 隔熱層之間的正方向漸縮的環(huán)形管道內(nèi)，使兩股氣流在噴管末端匯合面上產(chǎn) 生速度差，發(fā)生剪切摩擦和擾動(dòng)而被加熱，被加熱氣體從管道的另一端流出。
5. 如權(quán)利要求4所述一種采用權(quán)利要求1氣動(dòng)式氣體加熱裝置的氣體加 熱方法，其特征在于，所述噴管的變截面氣流通道采用多個(gè)環(huán)形漸擴(kuò)通道和多個(gè)環(huán)形漸縮通道組成，所述環(huán)形漸擴(kuò)通道與環(huán)形漸縮通道沿噴管徑向相隔 設(shè)置，當(dāng)高速氣流通過(guò)噴管時(shí)的中間一股被分成多股，在噴管末端匯合面上 產(chǎn)生多股氣流速度差，使匯合的多股氣流發(fā)生劇烈剪切摩擦和擾動(dòng)而被加熱。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氣動(dòng)式氣體加熱裝置及氣體加熱方法，加熱裝置包括由兩段直管相互密封連接的管道，管道內(nèi)壁設(shè)置有隔熱層，兩段直管連接處設(shè)置有支撐構(gòu)件聯(lián)接一個(gè)置于管道內(nèi)截面中心位置的噴管，該噴管與管道絕緣層之間形成一個(gè)正方向漸縮、反方向漸擴(kuò)的環(huán)形通道；該噴管內(nèi)設(shè)置有變截面氣流通道。將高速壓縮氣體由管道一端以亞音速送入，通過(guò)噴管時(shí)被分成兩股，中間一股進(jìn)入噴管的變截面氣流通道，周?chē)还蓜t進(jìn)入噴管與隔熱層之間的正方向漸縮的環(huán)形管道內(nèi)，使兩股氣流在噴管末端匯合面上產(chǎn)生速度差，發(fā)生剪切摩擦和擾動(dòng)而被加熱，被加熱氣體從管道的另一端流出。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、加熱均勻且升溫迅速、節(jié)能高效、清潔衛(wèi)生等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F24J3/00GK101303178SQ20081001793
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者孟祥兆, 牛力軍, 王新軍, 章利特, 高鐵瑜, 龔建英 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)