CN101245974A - 翅片式换热器 - Google Patents

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何雅玲
楚攀
雷勇刚
陶文铨
高凡
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Abstract

本发明涉及换热器领域，特别涉及一种具有高效低阻的翅片式换热器，其包括由翅片组成的翅片排和垂直穿过所述翅片排的换热管，其特征在于，所述的换热管截面为椭圆形，所述的翅片上设置有纵向涡发生器。本发明能够在大幅度提高换热器的整体换热性能的同时仅小幅度的增加流动阻力，主要用于气－液换热或者气－相变换热。

Description

翅片式换热器
技术领域
本发明涉及换热器领域，特别涉及一种具有高效低阻的翅片式换热器。
背景技术
翅片式换热器多用于气-液换热或气-相变换热，在空调、电子器件冷却、暖通、制冷、航空航天等领域有着广泛的应用。随着社会环保意识的增强和能源紧缺压力的困扰，对换热器的能源利用率提出了越来越高的要求。
由于气体本身的热物理性质，在翅片式换热器中，气体侧的换热系数相对于管侧的换热系数是很低的，一般在20W/m2·K～100W/m2·K(管内侧的换热系数一般在1000W/m2·K～15000W/m2·K )。气体侧的热阻是换热器整体热阻的最大组成部分。在蒸发器中，气体侧的热阻占换热器整体热阻的75％左右；在冷凝器中，气体侧的热阻占换热器整体热阻的95％左右。因此，提高换热器气体侧的传热性能，是提高翅片式换热器能源利用效率的关键。
目前对翅片式换热器的气体侧换热进行强化的主要手段有，采用穿孔翅片、采用百叶窗翅片、采用开缝翅片(见专利96101456.3)、采用波纹翅片板等。但是，这些传统的强化换热措施存在以下问题：(1)对气体侧换热性能的改善效果不显著；(2)在提高气体侧换热系数的同时，也较大的增加了流动阻力，往往流动阻力的增加比例要高于(甚至几倍于)换热能力的提升比例。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种带纵向涡发生器的椭圆管翅片式换热器，它能够使换热器整体换热性能得到30％～50％的显著的提升，而气体侧的流动阻力仅有中等程度的增加。
为了达到上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种翅片式换热器，其包括由翅片组成的翅片排和垂直穿过所述翅片排的换热管，其特征在于，所述的换热管截面为椭圆形，所述的翅片上设置有纵向涡发生器。
所述的翅片采用平板式连续翅片或波纹式连续翅片。
所述的纵向涡发生器采用三角形翼、矩形翼、三角形小翼和矩形小翼之一种。
所述的纵向涡发生器是粘在翅片板上或者直接由翅片板上冲出。
本发明的优点是，一方面采用了椭圆管作为换热管，不仅能够减小流动阻力，也能够有效的减小换热管后的尾迹区。另一方面，在翅片板上安装了纵向涡发生器，使得气体侧的流体在经过纵向涡发生器时，气体与纵向涡发生器由于摩擦而分离，在压差的驱动下形成强烈的纵向旋转并向下游发展。纵向涡的存在，破坏了气体侧流体边界层的发展、加剧换热流道内边缘区域流体和主流区域流体的之间混合、卷吸尾迹区域和边缘区域的流体进入主流区域、对流道内的流体进行了局部加速(其切向速度的大小可以达到换热器进口速度大小的两倍以上)，这些纵向涡产生的效应导致了换热器换热性能的显著提升。同现有的圆管翅片式换热器相比，本发明能够在显著提升换热器换热性能的同时(气体侧换热系数提高30％～50％)，仅适度的增加流动阻力(相应的流动阻力增加20％～40％)。本发明使换热过程更加充分、均匀，显著提高能源利用率。换言之，对相同的换热量，本发明可以减小换热器的尺寸，从而节省生产耗材，同时尺寸的减小也能进一步降低换热器的流动阻力。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明所采用平板式连续翅片换热器示意图。
图2是本发明所采用的平板式连续翅片示意图。
图3是本发明所采用的纵向涡发生器示意图。
图4是本发明所采用的波纹式翅片换热器示意图。
图5是本发明所采用的波纹式翅片示意图。
图6是换热管布置方式，图6(a)为顺排布置方式，图6(b)为交错布置方式。
具体实施方式
参照图1，本实施例所采用带纵向涡发生器的椭圆管翅片式换热器，包括10片相隔3.2mm、平行放置的翅片1，10根沿垂直于气侧流体主流方向、穿过翅片1的椭圆形换热管2，以及在每片翅片1上以30°攻角设置在椭圆管周围的纵向涡发生器3。气流方向与换热管椭圆截面的长轴平行。参照图2，翅片1选用平板式连续翅片。换热管2排列方式采用图6(b)的交错布置方式。
参照图3，纵向涡发生器3可以采用矩形翼4、三角形翼5、三角形小翼6或矩形小翼7。
参照图4，翅片板1采用波纹式连续翅片的带纵向涡发生器的椭圆管翅片式换热器。参照图5，翅片板1采用波纹式连续翅片。
参照图6(a)，椭圆形换热管2可采用顺排布置方式或者参照图6(b)交错布置方式。
实施例1
参照图1，本实施例中，翅片1选用平板式连续翅片，纵向涡发生器选用三角形小翼6，粘贴在翅片1上，气侧流体进入换热器后，遇到设置在椭圆形换热管2周围的纵向涡发生器3，产生强烈的切向旋转，形成沿主流方向发展的纵向涡。在纵向涡强烈的旋转卷吸作用下，它减薄甚至破坏气侧流体沿着流动通道生成的的边界层，把高流速的流体引入尾迹区，从而抑制尾迹区的发展并增强尾迹区与主流区的热交换；纵向涡在切线方向产生强烈的旋转，卷吸气体侧流道内边缘区域的流体进入主流区从而加剧气侧流体之间的混合，并把高动量流体引入到椭圆管的尾部区域，从而延迟了椭圆形换热管2上边界层的脱离。这些都极大的增强了换热器在气体侧的换热能力。由于采用了更符合空气动力学原理的椭圆形换热管2，换热器整体的流动阻力只有小幅度的增加。所以，与普通的管翅式换热器相比，本发明能够在小幅度增加流动阻力的同时，大幅度提升换热器的换热能力，使得换热器的整体性能得到较大的改善。
实施例2
本实施例中，相比于实施例1，不同之处在于翅片板1选用波纹式连续翅片，参见图3、图4。因为使用了波纹式连续翅片5，除了实施例1中所述的换热强化效果之外，进一步增强了气侧流体垂直于主流方向的扰动，使得流体流动边界层和热边界层的生长周期性的断裂，流动和换热边界层得到了进一步的扰动和破坏，使得气侧的换热系数得到了进一步的提升。在有限的空间内，采用波纹式连续翅片可以得到更大的换热面积。所以，采用波纹式连续翅片可以同时增大换热面积和提升换热系数，使得换热器的整体性能进一步的提高。
通过实际的应用表明，采用带纵向涡发生器的平板式翅片板，换热管采用椭圆形换热管，换热管排数为3排，雷诺数(Re)在300～3000的条件下，其平均努塞尔数(Num)比普通的管翅式换热器提高了15％～50％，而流动阻力进仅增加了10％～30％。

Claims (4)

1、一种翅片式换热器，包括由翅片组成的翅片排和垂直穿过所述翅片排的换热管，其特征在于，所述的换热管截面为椭圆形，所述的翅片上设置有纵向涡发生器。
2、根据权利要求1所述的翅片式换热器，其特征在于，所述的翅片采用平板式连续翅片或波纹式连续翅片。
3、根据权利要求1所述的翅片式换热器，其特征在于，所述的纵向涡发生器采用三角形翼、矩形翼、三角形小翼和矩形小翼之一种。
4、根据权利要求1所述的翅片式换热器，其特征在于，所述的纵向涡发生器是粘在翅片或者直接由翅片上冲出。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
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C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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