一種換熱管翅結構的製作方法

2023-12-02 01:15:16

專利名稱：一種換熱管翅結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種換熱管翅，特別涉及一種應用於製冷和空調設備的蒸 發器和冷凝器以及空氣壓縮機的中間冷卻器的換熱管翅結構。
背景技術：
在製冷和空調系統中使用的蒸發器和冷凝器以及空氣壓縮機的中冷 凝器中，製冷劑或冷卻介質在管內流動，空氣在管外流動，由於傳熱過程 中的大部分熱阻都集中在空氣側，所以為了增強換熱，就在空氣側安裝翅 片，以增大換熱面積，減小空氣側的熱阻。但是目前使用的平直翅片管中， 由於沿著流動的方向，空氣在翅片表面形成的邊界層會逐漸增厚，使速度 和溫度梯度的協同性變差，從而會使傳熱性能下降。為了進一步提高翅片 管換熱器的傳熱性能，可以在翅片表面作一些微小的變化，改變速度和溫 度分布，進而改善速度和溫度梯度之間的協同性，達到強化換熱的目的。 而在眾多的強化換熱手段中，普遍會帶來額外的壓降，而且壓降的增加往 往是很顯著的，導致在換熱強化的同時泵功快速增加。所以尋求一種既能 強化換熱又可以使泵功增加不多甚至減小的方法是廣大研究者和工程技 術人員一直以來的追求。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠增加空氣翅片管換熱器的傳熱、減小 流動阻力，減小製冷和空調設備的蒸發器，冷凝器及中冷器體積的換熱管 翅結構。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是包括沿著氣體流動方向 的兩排以上的傳熱管以及套裝在傳熱管上的翅片，所說的傳熱管側後方的 翅片上衝出成對的三角形小翼，衝出的對稱的三角形小翼在翅片上產生成 對的小孔。
本發明的傳熱管布置方式為順排或交叉排列；翅片為連續片；傳熱管 為圓管，成對的三角形小翼從傳熱管的後方兩側的翅片上衝出，且三角形 小翼的前緣點在縱、橫方向離圓管中心距離等於圓管半徑，相鄰兩傳熱管 的縱向管間距5大於橫向管間距S;傳熱管為橢圓管，成對的三角形小翼 從傳熱管的左右兩側的翅片上衝出；三角形小翼的衝角々即三角形小翼的 與翅片相連的邊與氣流方向的夾角為25 35°;三角形小翼的高度即為翅 片通道的淨間距，三角形小翼可以同時充當翅片的定位器。
本發明在翅片表面上設置三角形小翼可以擾動流場，使流體產生旋 轉，不僅有助於流體在相鄰翅片通道內的"竄流"，而且也有助於減小傳 熱管後面的尾渦區，增加了擾動，有利於強化換熱，是一種比較有效的強 化換熱方式。三角形小翼的布置位置、方位、尺寸和衝角都對管翅表面的 換熱和流動阻力有很大影響。在傳熱管側後方的翅片上衝出成對的三角形 小翼後，在傳熱管與小翼之間形成了一個加速區，導致傳熱管表面的邊界 層分離點延後，傳熱管後面的尾渦區減小，而且傳熱管下遊的流速也有所 提高，改善了傳熱管後緣與空氣間的換熱。另外，儘管三角形小翼後面的 主流速度不大，但正是在該區域形成了很強的二次流——縱向渦，加強了 每排傳熱管後面空氣的擾動和混合，並對尾渦區的流體有巻吸和帶動作 用，減小流體在傳熱管後方的滯留，同時氣流溫度場也更加均勻，強化了 空氣與翅片之間的換熱。


圖1是本發明的圓管順排的管翅結構示意圖； 圖2是本發明的圓管叉排的管翅結構示意圖； 圖3是三角形小翼在圓管後方結構示意圖； 圖4是本發明的橢圓形管的管翅結構示意圖； 圖5是三角形小翼在橢圓管兩側的結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1，參見圖1， 2， 3，本發明包括沿著氣體流動方向的兩排以 上的圓形傳熱管1以及套裝在傳熱管1上的連續翅片2，傳熱管1採用順 排或交叉排列的形式，成對的三角形小翼3從傳熱管1的後方兩側的翅片 2上衝出，小翼的長度/在翅片面積允許的情況下儘量長一些，小翼的長度 /為衝出的三角形小翼與翅片相連的直角邊，且三角形小翼3的前緣點在
縱、橫方向離圓管中心距離等於圓管半徑，相鄰兩傳熱管1的縱向管間距 / 大於橫向管間距S。三角形小翼3的衝角^為25 35°，該衝角^為三
角形小翼長度方向的邊/與氣體流動方向的夾角，三角形小翼3的高度即 為翅片2通道的淨間距，三角形小翼3可以同時充當翅片2的定位器，衝 出的對稱的三角形小翼3在翅片2上產生成對的小孔4。
實施例2，參見圖4， 5，本實施例中換熱管1採用橢圓管，成對的三 角形小翼3從傳熱管1的左右兩側的翅片2上衝出，其它結構同實施例1。
為了充分發揮三角形小翼產生的縱向渦對氣流的擾動和強化換熱作 用，圓形傳熱管的管翅表面的縱向管間距《大於橫向管間距5。為了達到 換熱強化、阻力增加較少甚至減小的效果，限制衝角/ 範圍在25 35。之 間，對於傳熱管順排的換熱器，三角形小翼的衝角A取值可以大一些，對於傳熱管叉排的換熱器，三角形小翼的衝角-取值可以小一些。
本發明相對於平片管翅表面，換熱增強，壓降降低，從而使得換熱器 體積減小，耗材量節約，泵功減小。
目前使用的強化傳熱翅片有百葉窗翅片、開縫翅片等，但由於條縫比 較稠密，加工模具很複雜，而本發明的翅片表面上縱向渦發生器個數較少， 加工模具也很簡單，只需採用模具在翅片表面的預定位置一次衝出相應數 量和尺寸的三角形小翼，然後按傳統的加工程序，套片(這時三角形小翼 還兼作翅片的定位器)、脹管、焊接等，完成換熱器的製作。所以該類換 熱器加工工藝簡單、綜合性能良好。
本發明人的研究還表明對於沒有三角形小翼的管翅表面，空氣從管 翅通道入口到出口遇到的阻力來自於傳熱管的形狀阻力和翅片表面的摩 擦阻力，且傳熱管的形狀阻力是產生空氣壓降的主要原因。當翅片上加工 了三角形小翼後，空氣遇到的阻力不僅來自於傳熱管的形狀阻力和翅片表 面的摩擦阻力，還有三角形小翼的形狀阻力。三角形小翼首先因其自身的 形狀阻力而會導致空氣流動阻力的增加，但三角形小翼和傳熱管之間的氣 流因受到加速而推遲了與傳熱管表面的邊界層分離，而且形成的縱向渦對 傳熱管後面的流體也有巻吸、帶動作用，使傳熱管後面的尾渦區得以減小， 從而會導致空氣流過傳熱管的形狀阻力有所降低。此外，由於縱向渦的摻 混作用使翅片通道內速度分布均勻化，翅片附近的速度梯度得以減小，從 而導致翅片表面的摩擦阻力會有所減小。所以加工了三角形小翼後，空氣 總壓降是增大還是減小，取決於這幾方面綜合作用的結果。其中三角形小 翼的衝角"(衝角是指衝出的三角形小翼與基片相連的邊與氣流方向的夾 角，見附圖3和圖5)的大小和設置位置對總流動阻力的大小有著顯著的影響。若三角形小翼帶來的自身的形狀阻力值小於它帶來的傳熱管的形狀 阻力的降低值，那麼在管翅表面上加工了三角形小翼後，不僅會帶來管翅 表面換熱的強化，還會帶來氣流總阻力增加較少、甚至減少的效果。
權利要求
1、一種換熱管翅結構，包括沿著氣體流動方向的兩排以上的傳熱管(1)以及套裝在傳熱管(1)上的翅片(2)，其特徵在於所說的傳熱管(1)側後方的翅片(2)上衝出成對的三角形小翼(3)，衝出的對稱的三角形小翼(3)在翅片(2)上產生成對的小孔(4)。
2、 根據權利要求1所述的換熱管翅結構，其特徵在於所說的傳熱 管(1)布置方式為順排或交叉排列。
3、 根據權利要求1所述的換熱管翅結構，其特徵在於所說的翅片(2) 為連續片。
4、 根據權利要求1所述的換熱管翅結構，其特徵在於所說的傳熱管(1)為圓管，成對的三角形小翼(3)從傳熱管(1)的後方兩側的翅 片(2)上衝出，且三角形小翼(3)的前緣點在縱、橫方向離圓管中心距 離等於圓管半徑，相鄰兩傳熱管(1)的縱向管間距《大於橫向管間距f。
5、 根據權利要求1所述的換熱管翅結構，其特徵在於所說的傳熱管(1)為橢圓管，成對的三角形小翼(3)從傳熱管(1)的左右兩側的 翅片(2)上衝出。
6、 根據權利要求1所述的換熱管翅結構，其特徵在於所說的三角形小翼(3)的衝角/ 即三角形小翼(3)的與翅片(3)相連的邊與氣流 方向的夾角為25 35°。
7、 根據權利要求1所述的換熱管翅結構，其特徵在於所說的三角 形小翼(3)的高度即為翅片(2)通道的淨間距，三角形小翼(3)可以 同時充當翅片(2)的定位器。
全文摘要
一種換熱管翅結構，包括沿著氣體流動方向的兩排以上的傳熱管以及套裝在傳熱管上的翅片，所說的傳熱管側後方的翅片上衝出成對的三角形小翼，衝出的對稱的三角形小翼在翅片上產生成對的小孔。本發明在翅片表面上設置三角形小翼可以擾動流場，使流體產生旋轉，不僅有助於流體在相鄰翅片通道內的「竄流」，而且也有助於減小傳熱管後面的尾渦區，增加了擾動，有利於強化換熱。在傳熱管側後方的翅片上衝出成對的三角形小翼後，在傳熱管與小翼之間形成了一個加速區，導致傳熱管表面的邊界層分離點延後，傳熱管後面的尾渦區減小，而且傳熱管下遊的流速也有所提高，改善了傳熱管後緣與空氣間的換熱。
文檔編號F28F7/00GK101294779SQ20081001797
公開日2008年10月29日 申請日期2008年4月15日 優先權日2008年4月15日
發明者吳志根, 武俊梅, 陶文銓 申請人:西安交通大學