翅片式換熱器的製作方法

2023-07-27 20:00:01 1

專利名稱：翅片式換熱器的製作方法
技術領域：
本發明涉及換熱器領域，特別涉及一種具有高效低阻的翅片式換熱器。
技術背景翅片式換熱器多用於氣-液換熱或氣-相變換熱，在空調、電子器件冷卻、 暖通、製冷、航空航天等領域有著廣泛的應用。隨著社會環保意識的增強和 能源緊缺壓力的困擾，對換熱器的能源利用率提出了越來越高的要求。由於氣體本身的熱物理性質，在翅片式換熱器中，氣體側的換熱係數相)(才於管側的換熱係數是很低的， 一般在20W/n^K 100W/m、K(管內側的換熱 係數一般在1000W/m2.K 15000W/m2.K)。氣體側的熱阻是換熱器整體熱阻的 最大組成部分。在蒸發器中，氣體側的熱阻佔換熱器整體熱阻的75%左右； 在冷凝器中，氣體側的熱阻佔換熱器整體熱阻的95%左右。因此，提高換熱 器氣體側的傳熱性能，是提高翅片式換熱器能源利用效率的關鍵。目前對翅片式換熱器的氣體側換熱進行強化的主要手段有，採用穿孔翅 片、釆用百葉窗翅片、採用開縫翅片(見專利96101456.3)、採用波紋翅片板 等。但是，這些傳統的強化換熱措施存在以下問題(l)對氣體側換熱性能 的改善效果不顯著；(2)在提高氣體側換熱係數的同時，也較大的增加了流 動阻力,往往流動阻力的增加比例要高於(甚至幾倍於)換熱能力的提升比例。發明內容本發明的目的在於克服上述現有技術的不足，提供一種帶縱向渦發生器 的橢圓管翅片式換熱器，它能夠使換熱器整體換熱性能得到30°/。 50%的顯著的提升，而氣體側的流動阻力僅有中等程度的增加。為了達到上述技術目的，本發明的技術方案是這樣實現的 一種翅片式 換熱器，其包括由翅片組成的翅片排和垂直穿過所述翅片排的換熱管，其特 徵在於，所述的換熱管截面為橢圓形，所述的翅片上設置有縱向渦發生器。所述的翅片採用平板式連續翅片或波紋式連續翅片。所述的縱向渦發生器採用三角形翼、矩形翼、三角形小翼和矩形小翼之 —種。所述的縱向渦發生器是粘在翅片板上或者直接由翅片板上衝出。 本發明的優點是， 一方面採用了橢圓管作為換熱管，不僅能夠減小流動 阻力，也能夠有效的減小換熱管後的尾跡區。另一方面，在翅片板上安裝了 縱向渦發生器，使得氣體側的流體在經過縱向渦發生器時，氣體與縱向渦發 生器由於摩擦而分離，在壓差的驅動下形成強烈的縱向旋轉並向下遊發展。 縱向渦的存在，破壞了氣體側流體邊界層的發展、加劇換熱流道內邊緣區域 流體和主流區域流體的之間混合、巻吸尾跡區域和邊緣區域的流體進入主流 區域、對流道內的流體進行了局部加速(其切向速度的大小可以達到換熱器 進口速度大小的兩倍以上)，這些縱向渦產生的效應導致了換熱器換熱性能的 顯著提升。同現有的圓管翅片式換熱器相比，本發明能夠在顯著提升換熱器 換熱性能的同時(氣體側換熱係數提高30% 50%)，僅適度的增加流動阻力(相應的流動阻力增加20% 40%)。本發明使換熱過程更加充分、均勻，顯著提高能源利用率。換言之，對相同的換熱量，本發明可以減小換熱器的尺 寸，從而節省生產耗材，同時尺寸的減小也能進一步降低換熱器的流動阻力。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。 圖1是本發明所採用平板式連續翅片換熱器示意圖。 圖2是本發明所採用的平板式連續翅片示意圖。 圖3是本發明所採用的縱向渦發生器示意圖。 圖4是本發明所採用的波紋式翅片換熱器示意圖。圖5是本發明所採用的波紋式翅片示意圖。圖6是換熱管布置方式，圖6(a)為順排布置方式，圖6(b)為交錯布置方式。
具體實施方式
參照圖1，本實施例所採用帶縱向渦發生器的橢圓管翅片式換熱器，包括 10片相隔3. 2mm、平行放置的翅片1， 10根沿垂直於氣側流體主流方向、穿 過翅片1的橢圓形換熱管2，以及在每片翅片1上以3(T攻角設置在橢圓管周 圍的縱向渦發生器3。氣流方向與換熱管橢圓截面的長軸平行。參照圖2，翅 片1選用平板式連續翅片。換熱管2排列方式採用圖6(b)的交錯布置方式。參照圖3，縱向渦發生器3可以採用矩形翼4、，三角形翼5、三角形小翼 6或矩形小翼7。參照圖4，翅片板1採用波紋式連續翅片的帶縱向渦發生器的橢圓管翅片 式換熱器。參照圖5，翅片板l採用波紋式連續翅片。參照圖6(a),橢圓形換熱管2可採用順排布置方式或者參照圖6(b)交錯布 置方式。實施例l參照圖l，本實施例中，翅片l選用平板式連續翅片，縱向渦發生器選用 三角形小翼6，粘貼在翅片〗上，氣側流體進入換熱器後，遇到設置在橢圓形換熱管2周圍的縱向渦發生器3，產生強烈的切向旋轉，形成沿主流方向發展 的縱向渦。在縱向渦強烈的旋轉巻吸作用下，它減薄甚至破壞氣側流體沿著 流動通道生成的的邊界層，把高流速的流體引入尾跡區，從而抑制尾跡區的發展並增強尾跡區與主流區的熱交換；縱向渦在切線方向產生強烈的旋轉， 巻吸氣體側流道內邊緣區域的流體進入主流區從而加劇氣側流體之間的混 合，並把高動量流體引入到橢圓管的尾部區域，從而延遲了橢圓形換熱管2 上邊界層的脫離。這些都極大的增強了換熱器在氣體側的換熱能力。由於採 用了更符合空氣動力學原理的橢圓形換熱管2，換熱器整體的流動阻力只有小 幅度的增加。所以，與普通的管翅式換熱器相比，本發明能夠在小幅度增加 流動阻力的同時，大幅度提升換熱器的換熱能力，使得換熱器的整體性能得 到較大的改善。 實施例2本實施例中，相比於實施例1，不同之處在於翅片板1選用波紋式連續翅 片，參見圖3、圖4。因為使用了波紋式連續翅片5，除了實施例l中所述的 換熱強化效果之外，進一步增強了氣側流體垂直於主流方向的擾動，使得流 體流動邊界層和熱邊界層的生長周期性的斷裂，流動和換熱邊界層得到了進 一步的擾動和破壞，使得氣側的換熱係數得到了進一步的提升。在有限的空 間內，採用波紋式連續翅片可以得到更大的換熱面積。所以，採用波紋式連 續翅片可以同時增大換熱面積和提升換熱係數，使得換熱器的整體性能進一 步的提高。通過實際的應用表明，釆用帶縱向渦發生器的平板式翅片板，換熱管採 用橢圓形換熱管，換熱管排數為3排，雷諾數(化)在300 3OOO的條件下，其平均努塞爾數(M/,,,)比普通的管翅式換熱器提高了 15% 50%，而流動阻 力進僅增加了 10% 30°/。。
權利要求
1、一種翅片式換熱器，包括由翅片組成的翅片排和垂直穿過所述翅片排的換熱管，其特徵在於，所述的換熱管截面為橢圓形，所述的翅片上設置有縱向渦發生器。
2、 根據權利要求l所述的翅片式換熱器，其特徵在於，所述的翅片採用 平板式連續翅片或波紋式連續翅片。
3、 根據權利要求l所述的翅片式換熱器，其特徵在於，所述的縱向渦發 生器採用三角形翼、矩形翼、三角形小翼和矩形小翼之一種。
4、 根據權利要求l所述的翅片式換熱器，其特徵在於，所述的縱向渦發 生器是粘在翅片或者直接由翅片上衝出。
全文摘要
本發明涉及換熱器領域，特別涉及一種具有高效低阻的翅片式換熱器，其包括由翅片組成的翅片排和垂直穿過所述翅片排的換熱管，其特徵在於，所述的換熱管截面為橢圓形，所述的翅片上設置有縱向渦發生器。本發明能夠在大幅度提高換熱器的整體換熱性能的同時僅小幅度的增加流動阻力，主要用於氣-液換熱或者氣-相變換熱。
文檔編號F28F1/24GK101245974SQ20081001755
公開日2008年8月20日 申請日期2008年2月26日 優先權日2008年2月26日
發明者何雅玲, 攀 楚, 陶文銓, 雷勇剛, 凡 高 申請人:西安交通大學