专利摘要

专利摘要

本发明提供了一种管道减阻流动非接触式高效强化传热系统及方法，所述系统包括：第一换热器和第一动力泵；第一换热器具有管程和壳程，管程和壳程之间形成换热空间；管程连接有第一循环管路，第一动力泵设置在第一循环管路上；第一循环管路设置有位于管程进口端上游的透明窗口，透明窗口外对应设置有紫外线照射组件；第一循环管路与管程形成第一循环回路，其中容置有由反式甲氧基肉桂酸与表面活性剂配置而成的减阻溶液；壳程连接有与换热空间连通的第二循环管路，第二循环管路与换热空间形成第二循环回路；第二循环回路中容置有加热流体。本发明实施例可以在不改变流道以及不显著增加流动阻力的情况下，大幅提高传热效率。

权利要求

1.一种管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，包括：第一换热器和第一动力泵；

所述第一换热器具有管程和壳程，所述管程和所述壳程之间形成换热空间；

所述管程的进口端和出口端之间连接有第一循环管路，所述第一动力泵设置在所述第一循环管路上；所述第一循环管路设置有透明窗口，所述透明窗口位于所述管程的进口端的上游；所述透明窗口外对应设置有紫外线照射组件；

所述第一循环管路与所述管程形成第一循环回路，所述第一循环回路中容置有由反式甲氧基肉桂酸与表面活性剂配置而成的减阻溶液，所述减阻溶液在所述第一动力泵的泵输作用下在所述第一循环回路中循环流动；

所述壳程的进口端和出口端之间连接有与所述换热空间连通的第二循环管路，所述第二循环管路与所述换热空间形成第二循环回路；所述第二循环回路中容置有加热流体；所述加热流体为带温流体介质，用于对流经所述管程的减阻溶液进行加热。

2.如权利要求1所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，所述反式甲氧基肉桂酸受所述紫外线照射组件发出的紫外光照射后，光异构化为顺式甲氧基肉桂酸；所述减阻溶液的减阻剂分子经紫外光照射后由长蠕虫状转变呈短线状。

3.如权利要求1所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，所述减阻溶液的减阻率在50％以上，第一法向应力差在200Pa以上，对波长为270nm到312nm之间的紫外线达到吸收峰值。

4.如权利要求1所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，所述第一动力泵的进口端和/或出口端设置有旁路，所述旁路与所述第一循环管路并联。

5.如权利要求1所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，所述第一循环管路上设置有缓冲罐，所述缓冲罐位于所述第一动力泵的入口端与所述管程的出口端之间。

6.如权利要求1所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，所述第二循环管路上设置有第二动力泵，所述加热流体在所述第二动力泵的泵输作用下在所述第二循环回路中循环流动。

7.如权利要求1所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，所述第二循环管路上设置有用于对所述加热流体进行加热升温的加热组件。

8.如权利要求1所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，所述管程的进口端和出口端分别设置有第一压力表；所述第一循环管路上间隔设置多个第二压力表，多个所述第二压力表位于所述管程的出口端与所述第一动力泵的入口端之间。

9.如权利要求1所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，

所述第一动力泵的出口端和所述管程入口端之间设置有第二换热器；

所述第二换热器具有主管和盘绕在所述主管外侧的螺旋管；所述主管的进口端和出口端与所述第一循环管路连通，从而所述主管构成所述第一循环回路的一部分；

所述螺旋管的进口端和出口端之间连接有第三循环管路，所述第三循环管路与所述螺旋管形成第三循环回路；所述第三循环回路中容置冷媒；所述冷媒在所述第三循环回路中循环流动，用于对流经所述主管的减阻溶液进行冷却降温。

10.如权利要求9所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，所述第三循环管路上设置有制冷设备，所述制冷设备压缩所述冷媒在所述第三循环回路中循环流动；

所述主管的出口端设置有温度检测元件，所述温度检测元件与所述制冷设备连接；所述制冷设备基于所述温度检测元件检测到减阻溶液的温度控制所述冷媒的压缩速度。

11.如权利要求10所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，其特征在于，

当所述温度检测元件检测到减阻溶液的温度高于设定值时，所述制冷设备控制降低所述冷媒的压缩速度；

当所述温度检测元件检测到减阻溶液的温度低于设定值时，所述制冷设备控制增大所述冷媒的压缩速度；

当所述温度检测元件检测到减阻溶液的温度与设定值趋于一致时，所述制冷设备控制维持所述冷媒的压缩速度不变。

12.一种利用权利要求1至11任意一项所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统的方法，其特征在于，包括：

步骤S5：开启所述第一动力泵，使所述减阻溶液循环充满所述第一循环回路，直至所述第一换热器的管程的进口端和出口端的压力差恒定；

步骤S6：由所述加热流体对所述减阻溶液进行加热，直至所述第一换热器的管程的进口端和出口端的温度均不变；记录此时所述第一换热器的管程的进口端和出口端的压力差、温度和流量；

步骤S7：启动所述紫外线照射组件，连续照射预定时长后，记录第一换热器的管程的进口端和出口端的压力差、温度和流量；

步骤S8：基于步骤S6和步骤S7测得的压力差、温度和流量数据，计算所述减阻溶液的工艺参数；所述工艺参数包括管流摩擦阻力系数、对流换热系数、传热弱化率中的至少一种。

13.如权利要求12所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热方法，其特征在于，在步骤S1之前，所述方法还包括对所述减阻溶液进行性质检测的步骤：

步骤S1：将第一份减阻溶液样品倒入旋转圆盘测试系统，测试其减阻率；

步骤S2：另取第二份减阻溶液样品放入ARES流变仪，测量与减阻率相关的粘弹性；

步骤S3：另取第三份减阻溶液样品放入紫外光谱分析仪，测量其紫外线敏感区；

步骤S4：将经过上述检测步骤后，满足如下条件的减阻溶液样品最终充注入所述第一循环回路中：减阻率在50％以上，第一法向应力差在200Pa以上，对波长为270nm到312nm之间的紫外线达到吸收峰值。

说明书

技术领域

本发明涉及管道减阻技术领域，尤其涉及一种管道减阻流动非接触式高效强化传热系统及方法。

背景技术

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

添加剂湍流减阻是经济高效的节能降耗技术，添加的减阻剂是指能减少流体流动摩擦阻力的化学药剂。该技术可以在管道要求增输时临时添加减阻剂，从而降低管路系统的摩阻，提高输送量，或者在一定流量下降低泵功耗。具有成本低、见效快和灵活性强等优点，在油气长距离管输、供暖或空调系统等领域已有多年应用。

然而，困扰这一技术推广应用的一大难题是：添加的减阻剂使流体的摩擦阻力降低的同时，流体的热交换能力也随之降低，且流体的传热弱化率总是略大于流体的减阻率。该弱点使得表面活性剂减阻在以热交换为主要目的应用场合中效率较低，影响了经济效益和推广应用。

为了克服减阻流动传热弱化这一应用上的瓶颈，多年来已有许多强化换热方法被提出来。主要分为改变换热器内表面以扰动粘性底层和使减阻局部失效两大类。前一种方法着眼于换热器本身，对于已有的管道的改建费用和难度大。后一种方法着眼于减阻溶液，主要是在换热器进口处安装蜂窝、筛网、静态混合器、变径管或孔板等结构，以产生高剪切应力而暂时破坏表面活性剂胶束结构，使减阻剂进入换热器后的传热性能提高，相对于前一种方法而言较灵活。

但上述方法都不可避免地会带来很高的压差损失，削弱了减阻带来的节能优势，这与添加减阻剂的初衷相悖。因此，如何既能保持较高的减阻效果，又能达到满意的换热能力，一直是困扰该领域的一大难题。

图1为典型的供热供冷循环流动传热系统的示意图。流体在泵100的泵输作用下在管道200中循环输送，流经换热器300交换热量后进入用户。然而，该系统的换热效率有限，原因如下。

如图2A所示，在未添加减阻剂的情况下，流体在管道200中流动时呈现湍流状态，边界层较薄，使得管道200内流体时刻处于湍流脉动，与壁面的热交换频繁。如图2B和图2C所示，而当添加减阻剂后，管道200内充满了减阻剂分子所形成的长蠕虫状胶束，对湍流脉动起到缓冲抑制作用，从而导致边界层大大变厚，阻碍了管道200流体与管壁的热交换。因此，减阻流动的传热效率会大幅降低。

鉴于此原理，如图3所示，现有技术一般采用在换热器300内安装破坏装置400的方法，使得原本长蠕虫状的减阻剂分子在进入换热器300以后，在破坏装置400产生的高剪切应力下发生分子链断裂，从而形成短线状分子，失去对湍流脉动的缓冲抑制作用，从而将流动边界层从图2B状态恢复到图2A的状态，提高传热效率。

现有技术发挥作用的关键在于：通过结构复杂的破坏装置400改变换热器300内的流道形状，从而产生剪切应力破坏减阻剂分子结构。

然而，根据化学基本原理可知，使分子链断裂所需要的力非常大。因此，这种机械作用需要产生很高的剪切应力，不可避免地会造成换热器300两端压力差急剧上升。根据流体力学基本原理，压力差越高，流动阻力越大。

因此，现有技术在提高传热效率的同时，带来了高额的流动阻力。提高传热效率是为了节能，所带来的高额流动阻力却导致了能量消耗增多，使得总体节能效率不高。

下面将通过具体例子定量说明上述现有技术的缺陷。

现有技术所采用的破坏装置，主要包括Helix型和GXP型。其中，Helix型破坏装置由一系列螺旋叶片构成，这些螺旋叶片交错设置，整个Helix型破坏装置插入换热器300的管程后，可以改变流体运动路径，增强扰动，从而提高换热效率。如图3中所呈现即是这种破坏装置。而GXP型破坏装置为内部中空、边缘开槽的圆柱体结构，主要通过增强流动边界层的扰动提高流体与壁面的接触强度，从而提高换热。

采用上述Helix型和GXP型破坏装置进行强化传热实验。其中，用Helix1和GXP1表示破坏装置的长度为7.8mm，用Helix2和GXP2表示破坏装置的长度为15.6mm。

图4显示，安装两种不同的破坏装置后，换热器300两端的压力差(图4中的1-2段和图1中的P1-P2段)比其它段大得多。安装破坏装置时的压力差，为没有安装破坏装置时的压力差的数十倍，长的破坏装置(GXP2和Helix2)产生的压力差远高于短的破坏装置(GXP1和Helix2)产生的压力差。另一方面，GXP型破坏装置产生的压力差远高于相同长度的Helix型破坏装置。无论对于水或表面活性剂溶液，没有安装破坏装置的管段的压力差(5psi以下)，均比安装了破坏装置的管段的压力差(30psi以上)低得多。

可见破坏装置带来的压力差是非常大的。

由图5可见，破坏装置400的使用，导致了换热器300管段局部摩擦阻力系数大幅增加，摩擦阻力系数比没有安装破坏装置400时大2个数量级。这是安装破坏装置400所付出的代价，是由于破坏装置局部减小了流通面积而导致压力差剧增。在相同长度下，Helix型破坏装置的压差损失低于GXP型。对于相同类型的破坏装置400，长度越长，压差损失越大。

进一步地由图6可见，安装破坏装置400后，表面活性剂溶液对流换热系数远小于水。努塞尔数(Nu)表征管内流体的对流传热强度，该系数越大，对流传热越强。所以图6表明，安装破坏装置400使得换热器300内的流体传热性能提高不大。

进一步由图7可见，安装破坏装置400后的流体传热弱化率(HTR％)高达70％～80％，而不安装破坏装置时的传热弱化率为80％-90％。因此，安装了破坏装置400，使得传热弱化率仅仅降低了10个百分点以内。

从以上分析可知，现有技术的缺陷为，在换热器300内安装破坏装置400，使得传热效率提高幅度非常有限，但却带来了高额的附加能耗。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

基于前述的现有技术缺陷，本发明实施例提供了本发明实施例提供了一种管道减阻流动非接触式高效强化传热系统及方法，其可以在不改变流道以及不显著增加流动阻力的情况下，大幅提高传热效率。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种管道减阻流动非接触式高效强化传热系统，包括：第一换热器和第一动力泵；其中，

所述第一换热器具有管程和壳程，所述管程和所述壳程之间形成换热空间；

所述管程的进口端和出口端之间连接有第一循环管路，所述第一动力泵设置在所述第一循环管路上；所述第一循环管路设置有透明窗口，所述透明窗口位于所述管程的进口端的上游；所述透明窗口外对应设置有紫外线照射组件；

所述第一循环管路与所述管程形成第一循环回路，所述第一循环回路中容置有由反式甲氧基肉桂酸与表面活性剂配置而成的减阻溶液，所述减阻溶液在所述第一动力泵的泵输作用下在所述第一循环回路中循环流动；

所述壳程的进口端和出口端之间连接有与所述换热空间连通的第二循环管路，所述第二循环管路与所述换热空间形成第二循环回路；所述第二循环回路中容置有加热流体；所述加热流体为带温流体介质，用于对流经所述管程的减阻溶液进行加热。

优选地，所述反式甲氧基肉桂酸受所述紫外线照射组件发出的紫外光照射后，光异构化为顺式甲氧基肉桂酸；所述减阻溶液的减阻剂分子经紫外光照射后由长蠕虫状转变呈短线状。

优选地，所述减阻溶液的减阻率在50％以上，第一法向应力差在200Pa以上，对波长为270nm到312nm之间的紫外线达到吸收峰值。

优选地，所述第一动力泵的进口端和/或出口端设置有旁路，所述旁路与所述第一循环管路并联。

优选地，所述第一循环管路上设置有缓冲罐，所述缓冲罐位于所述第一动力泵的入口端与所述管程的出口端之间。

优选地，所述第二循环管路上设置有第二动力泵，所述加热流体在所述第二动力泵的泵输作用下在所述第二循环回路中循环流动。

优选地，所述第二循环管路上设置有用于对所述加热流体进行加热升温的加热组件。

优选地，所述管程的进口端和出口端分别设置有第一压力表；所述第一循环管路上间隔设置多个第二压力表，多个所述第二压力表位于所述管程的出口端与所述第一动力泵的入口端之间。

优选地，所述第一动力泵的出口端和所述管程入口端之间设置有第二换热器；

所述第二换热器具有主管和盘绕在所述主管外侧的螺旋管；所述主管的进口端和出口端与所述第一循环管路连通，从而所述主管构成所述第一循环回路的一部分；

所述螺旋管的进口端和出口端之间连接有第三循环管路，所述第三循环管路与所述螺旋管形成第三循环回路；所述第三循环回路中容置冷媒；所述冷媒在所述第三循环回路中循环流动，用于对流经所述主管的减阻溶液进行冷却降温。优选地，所述第三循环管路上设置有制冷设备，所述制冷设备压缩所述冷媒在所述第三循环回路中循环流动；

所述主管的出口端设置有温度检测元件，所述温度检测元件与所述制冷设备连接；所述制冷设备基于所述温度检测元件检测到减阻溶液的温度控制所述冷媒的压缩速度。

优选地，当所述温度检测元件检测到减阻溶液的温度高于设定值时，所述制冷设备控制降低所述冷媒的压缩速度；

当所述温度检测元件检测到减阻溶液的温度低于设定值时，所述制冷设备控制增大所述冷媒的压缩速度；

当所述温度检测元件检测到减阻溶液的温度与设定值趋于一致时，所述制冷设备控制维持所述冷媒的压缩速度不变。

一种利用上述任一所述的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统的方法，包括：

步骤S5：开启所述第一动力泵，使所述减阻溶液循环充满所述第一循环回路，直至所述第一换热器的管程的进口端和出口端的压力差恒定；

步骤S6：由所述加热流体对所述减阻溶液进行加热，直至所述第一换热器的管程的进口端和出口端的温度均不变；记录此时所述第一换热器的管程的进口端和出口端的压力差、温度和流量；

步骤S7：启动所述紫外线照射组件，连续照射预定时长后，记录第一换热器的管程的进口端和出口端的压力差、温度和流量；

步骤S8：基于步骤S6和步骤S7测得的压力差、温度和流量数据，计算所述减阻溶液的工艺参数；所述工艺参数包括管流摩擦阻力系数、对流换热系数、传热弱化率中的至少一种。

优选地，在步骤S1之前，所述方法还包括对所述减阻溶液进行性质检测的步骤：

步骤S1：将第一份减阻溶液样品倒入旋转圆盘测试系统，测试其减阻率；

步骤S2：另取第二份减阻溶液样品放入ARES流变仪，测量与减阻率相关的粘弹性；

步骤S3：另取第三份减阻溶液样品放入紫外光谱分析仪，测量其紫外线敏感区；

步骤S4：将经过上述检测步骤后，满足如下条件的减阻溶液样品最终充注入所述第一循环回路中：减阻率在50％以上，第一法向应力差在200Pa以上，对波长为270nm到312nm之间的紫外线达到吸收峰值。

本发明所提出的技术方案，使得管道内的减阻流体在压力差几乎不变的情况下，降低了传热弱化率约50个百分点，大幅提高了减阻流体的努塞尔数，使其换热性能大幅提升。该非接触式强化传热方法避免了传统的接触式强化传热方法在获得高减阻的同时传热性能大幅下降，并且带来高额能量损耗的问题，为工程中的管道流动同时实现减阻节能与高效传热提供了有效方法。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施例，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施例在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。在附图中：

图1为典型的供热供冷循环流动传热系统的示意图；

图2A为未添加减阻剂时流体在管道中的流动状态图；

图2B为添加了减阻剂后流体在管道中的流动状态图；

图2C为添加了减阻剂后在管道内形成长蠕虫状胶束的示意图；

图3为现有技术在换热器内安装破坏装置后的结构示意图；

图4为现有技术在换热器内安装破坏装置后的沿线压力差示意图；

图5为现有技术在换热器内安装破坏装置后的换热器段的摩擦阻力系数示意图；

图6为现有技术在换热器内安装破坏装置后的努塞尔数示意图；

图7为现有技术在换热器内安装破坏装置后的传热弱化率示意图；

图8为本发明实施例的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统的结构示意图；

图9为图8中第一换热器与紫外线照射组件的装配局部放大示意图；

图10为本发明实施例的管道减阻流动非接触式高效强化传热方法的流程图；

图11A为减阻溶液的第一法向应力差(N₁)随紫外光照射时间的变化示意图；

图11B为减阻溶液的表观粘度(η_a)随紫外光照射时间的变化示意图；

图12为减阻溶液的减阻性能随紫外光照射时间的变化示意图；

图13为光照前后的压力差的变化示意图；

图14为光照前后的摩擦阻力系数的变化示意图；

图15为光照前后的努塞尔数的变化示意图；

图16为光照前后的传热弱化率的变化示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

承接上文描述，现有技术为了突破减阻剂分子所形成的长蠕虫状胶束的束缚，采用的是在换热器中安装能够对减阻分子进行剪切而使其分子链断裂的破坏装置的方式。然而，该方式会导致减阻溶液与破坏装置之间发生直接接触。如此，破坏装置会提升减阻溶液的流动阻力，从而需要耗费更高的能量以维持减阻溶液的流动。

为了解决上述由于破坏装置与减阻溶液直接接触而导致的流动阻力增大的问题，本发明实施例的指导思想是从减阻溶液着手，避免现有技术中相关的机械构造与减阻溶液的接触，以在不改变流道以及不显著增加流动阻力的情况下，大幅提高传热效率。

有关研究表明，60mM十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和50mM反式甲氧基肉桂酸(trans-OMCA)的复配溶液在受到紫外线照射后，粘度大大降低。原因是：反离子(OMCA)由反式结构光异构化为顺式结构(cis-OMCA)，从而与表面活性剂(CTAB)的结合方式由原来的长线状胶束变为短圆柱状胶束。这就为利用紫外线削弱溶液的胶束结构而强化换热提供了可能。

在上述技术原理的指导下，本发明实施例提供了如下的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统及方法的技术方案。具体如下：

如图8所示，本发明实施例的管道减阻流动非接触式高效强化传热系统可以包括第一换热器1和第一动力泵2。

其中，第一换热器1可以为套管式换热器，其具有管程101以及套设在管程101外的壳程102，管程101和壳程102之间形成换热空间103。管程101的进口端和出口端之间连接有第一循环管路3，第一动力泵2设置在第一循环管路3上。

如图9所示，第一循环管路3设置有透明窗口301，透明窗口301位于第一换热器1的管程101的进口端的上游。透明窗口301外对应设置有紫外线照射组件4。透明窗口301可以由透明材料例如石英制成，其可以呈圆弧片状，嵌装在第一循环管路3的侧壁中，从而透明窗口301构成第一循环管路3的管壁的一部分。或者，透明窗口301也可以为管状，与第一循环管路3对接，从而。

第一循环管路3与管程101形成第一循环回路。第一循环回路中容置有由反式甲氧基肉桂酸与表面活性剂配置而成的减阻溶液，减阻溶液在第一动力泵2的泵输作用下在第一循环回路中循环流动。

在本实施例中，反式甲氧基肉桂酸可以为反式-2-甲氧基肉桂酸、反式-3-甲氧基肉桂酸、反式-4-甲氧基肉桂酸中的任意一种或几种，本发明实施例对此不作限定。

结合图9所示，反式甲氧基肉桂酸(trans-OMCA)受紫外线照射组件4发出的紫外光照射后，光异构化为顺式甲氧基肉桂酸(cis-OMCA)，从而减阻溶液的减阻剂分子经紫外光照射后由长蠕虫状转变呈短线状。

在本实施例中，减阻溶液的减阻率在50％以上，第一法向应力差在200Pa以上，对波长为270nm到312nm之间的紫外线达到吸收峰值。

壳程102的进口端和出口端之间连接有与换热空间103连通的第二循环管路5，第二循环管路5与换热空间103形成第二循环回路。第二循环回路中容置有加热流体(例如可以为水)，加热流体为带温流体介质，用于对流经管程101的减阻溶液进行加热。

在本实施例中，第一循环管路3为不锈钢管并由弹性泡沫橡胶包裹，以使整个第一循环管路3与外界环境绝热，以降低环境温度对测量精度的影响。第一循环管路3总长25m，内径10.3mm，外径12.7mm。

第一动力泵2的入口端与管程101的出口端之间设置有缓冲罐6，以抑制水击，保证系统安全。实验时，第一循环管路3中运行的减阻溶液为12L。第一动力泵2可以提供的流量范围是0～8GPM(加仑每分钟)。

第一动力泵2的进口端和/或出口端设置与第一循环管路3并联有旁路7，以避免泵前出现真空。此外，第一循环管路3上还可以设置流量计8，该流量计8可以为Toshiba LF404电磁流量计，其可以测量并可将测量的流量显示于流量计8视窗上，并及传给数据采集系统。该流量计8精确度高，在0.3～10m/s的流速范围内精确度可达±0.5％。

加热流体带温，用于对减阻溶液进行加热。其中，加热流体带温，可以通过加热组件9实时对其加热来实现。具体的，第二循环管路5设置有用于对加热流体进行加热升温的加热组件9。该加热组件9可以在实验测试过程中工作，从而对加热流体进行加热升温。

在本实施例中，加热组件9可以采用任何合适的现有的构造，例如电加热炉、水浴加热器、油浴加热器等，本发明实施例对此不作限定。

当然，加热流体带温实现方式并不限于此。例如，在一种可行的方式中，加热流体在被注入至第二循环回路中之前，即被加热至预定温度。随后，再将升温后的加热流体注入到第二循环回路中，进而实现对减阻溶液的加热。

进一步地，第二循环管路5上可以设置有第二动力泵10。加热流体可以在第二动力泵10的泵输作用下在第二循环回路中循环流动。同样的，第二循环管路5上可以设置有流量计11。

此外，管程101的进口端和出口端分别设置有第一压力表12，管程101的出口端至第一动力泵2的入口端的第一循环管路3上间隔设置多个第二压力表13。以实施检测第一循环管路3中减阻溶液的压力，以测量各管段流体压降。

热交换在套管式的第一换热器1内进行。减阻溶液流经第一换热器1的管程101时，被换热空间103中的加热流体加热，温度上升。

为了实现稳态换热，保证进入第一换热器1中的减阻溶液的温度始终保持一致，本发明实施例还提供了用于对从第一换热器1中流出且温度升高后的减阻溶液进行降温冷却的相关措施。

具体的，第一动力泵2的出口端和第一换热器1的管程101入口端之间设置有第二换热器14。第二换热器14为螺旋式换热器，其具有主管1401和盘绕在主管1401外侧的螺旋管1402。其中，主管1401的进口端和出口端与第一循环管路3连通，从而主管1401构成第一循环回路的一部分。

螺旋管1402的进口端和出口端之间连接有第三循环管路15，第三循环管路15与螺旋管1402形成第三循环回路。第三循环回路中容置冷媒，冷媒在第三循环回路中循环流动，从而对流经主管1401的减阻溶液进行冷却。

从而，减阻溶液经第一换热器1加热后，再流经第二换热器14降温。以保持再次进入第一换热器1时的入口温度恒定，维持稳态换热。

其中，第三循环管路15上可以设置有制冷设备16，制冷设备16压缩冷媒在第三循环回路中循环流动。制冷设备16可以采用BayVoltex制冷机，所用制冷剂为体积比1：1的乙二醇水溶液。制冷机功率为5KW，电压208/230V，频率50/60Hz。

同样的，第三循环管路15上可以设置有流量计17。

为了保证冷却效果，主管1401的出口端设置有与制冷设备16连接的温度检测元件18，该温度检测元件18可以为T型热电偶测量，精度为±0.1℃。制冷设备16基于温度检测元件18检测到减阻溶液的温度控制冷媒的压缩速度。

具体的，当温度检测元件18检测到减阻溶液的温度高于设定值时，制冷设备16控制降低冷媒的压缩速度。当温度检测元件18检测到减阻溶液的温度低于设定值时，制冷设备16控制增大冷媒的压缩速度。而当温度检测元件18检测到减阻溶液的温度与设定值趋于一致时，制冷设备16控制维持冷媒的压缩速度不变。

其中，设定值为期望减阻溶液流入第一换热器1的值，该值可根据实际情况进行设置，本发明实施例对此不作限定。此外，减阻溶液的温度与设定值趋于一致可以为，减阻溶液的温度与设定值的差值在预定范围内。例如，减阻溶液的温度与设定值的差值在0～10℃区间内时，均可认为减阻溶液的温度与设定值趋于一致。

如图10所示，本发明管道减阻流动非接触式高效强化传热系统的实施方法步骤流程如下：

步骤S5：开启所述第一动力泵2，使所述减阻溶液循环充满所述第一循环回路，直至所述第一换热器1的管程101的进口端和出口端的压力差恒定；

步骤S6：由所述加热流体对所述减阻溶液进行加热，直至所述第一换热器1的管程101的进口端和出口端的温度均不变；记录此时所述第一换热器1的管程101的进口端和出口端的压力差、温度和流量；

步骤S7：启动所述紫外线照射组件4，连续照射预定时长后，记录第一换热器1的管程101的进口端和出口端的压力差、温度和流量；

步骤S8：基于步骤S6和步骤S7测得的压力差、温度和流量数据，计算所述减阻溶液的工艺参数；所述工艺参数包括管流摩擦阻力系数、对流换热系数、传热弱化率中的至少一种。

在步骤S5之前，所述方法还包括对所述减阻溶液进行性质检测的步骤：

步骤S1：将第一份减阻溶液样品倒入旋转圆盘测试系统，测试其减阻率；

步骤S2：另取第二份减阻溶液样品放入ARES流变仪，测量与减阻率相关的粘弹性；

步骤S3：另取第三份减阻溶液样品放入紫外光谱分析仪，测量其紫外线敏感区；

步骤S4：将经过上述检测步骤后，满足如下条件的减阻溶液样品最终充注入所述第一循环回路中：减阻率在50％以上，第一法向应力差在200Pa以上，对波长为270nm到312nm之间的紫外线达到吸收峰值。

在一个具体的实施例中，由前述基本步骤筛选出的减阻溶液浓度为8mM(毫摩尔/升)，进行实测后得到光照前后溶液粘弹性和减阻率的变化如图11A、图11B和图12所示。

图11A和图11B分别显示，表征减阻溶液的弹性和粘性的第一法向应力差(N₁)和表观粘度(η_a)在经过30s到100s的紫外光(UV)照射时间后没有明显变化。当照射时间延长到200s时，这两个流变参数开始明显减小。当照射时间延长到300s时，第一法向应力差N₁减小到几乎为0，而表观粘度η_a接近于水的粘度(0.001Pa·s)。相对于照射前，300s时的第一法向应力差N₁减小量(227Pa-51Pa＝176Pa)是300s时的(227Pa-136pa＝91Pa)将近2倍。这说明，UV照射时间从200s延长到300s有效削弱了减阻溶液的粘弹性，而继续延长照射时间对减小粘弹性意义不大，因为剩余粘弹性已经较弱。因此，300s的紫外线照射时间对于减弱该种溶液的粘弹性是有效的。

图12进一步验证了经过300s照射后，减阻溶液丧失了大部分的减阻性能。

由图13可见，本发明提出的非接触式方法的压力差比传统方法(现有技术)小得多，光照后的压力差仅比光照前略有增加。图14显示，UV光照后的流动摩擦阻力系数与UV光照前相差不多，比传统方法中摩擦阻力系数增大数倍的情况有很大不同。

这两张图证实了本发明所提出的非接触式方法不会产生明显的额外能量损失。

图14对比了UV光照前后减阻溶液的传热性能。该减阻溶液经过紫外线照射后，努塞尔数在大部分雷诺数下均大幅增加，整体比采用破坏装置的方法(图6)大大接近水的努塞尔数。图15显示传热弱化率从光照前的约80％降到约35％(降低约45％个百分点)，传热弱化率最多降低了约50个百分点；并且，如图16所示，传热弱化率明显降低的雷诺数从现有技术的约20000减小到本发明的约8000。

可见本发明方法相比于安装破坏装置的方法在更宽的雷诺数范围内取得了更好的强化换热效果。

本发明所提出的技术方案，使得管道内的减阻流体在压力差几乎不变的情况下，降低了传热弱化率约50个百分点，大幅提高了减阻流体的努塞尔数，使其换热性能大幅提升。该非接触式强化传热方法避免了传统的接触式强化传热方法在获得高减阻的同时传热性能大幅下降，并且带来高额能量损耗的问题，为工程中的管道流动同时实现减阻节能与高效传热提供了有效方法。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本文引用的任何数字值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从21到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容，可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

管道减阻流动非接触式高效强化传热系统及方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。