CN102162705A - 组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换热器技术领域，是一种组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器，包括沿着气体流动方向排列的圆管和套在圆管上的翅片，翅片上设有套装圆管的圆孔，每个圆孔后部冲压出一对梯形曲面涡产生器,曲面涡产生器的底边与圆孔为同心圆，并在翅片上留下一对梯形小孔，在翅片上每圆孔前端中线处冲出椭圆凸包，在翅片背面留下凹坑。本发明流体流经凸包时改变方向，这样在圆管前部就减小了因流体直接垂直冲刷圆管。涡产生器引导流体到达圆管尾流区抑制了圆管后侧流体分离，圆管后尾流区域减小，改善了翅片与尾流区域相接面上的换热性能，且减小了尾流区域的流动阻力损失。

Description

组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器

技术领域

本发明涉及换热器技术领域，具体说是一种组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器。

背景技术

扁管管翅换热器是工业过程和制冷空调常用设备。为了降低能耗和减少排放，强化圆管管翅换热器换热性能是非常有意义的。对于常用的圆管管翅换热器，一般液体工质在管内流动，气体在管外侧流动，由于气体的比热很小，使得在传热过程中的热阻主要集中在气一侧。在气侧安装翅片以增加换热面积减小空气测的热阻是提高换热的有效措施，已在各个行业得到广泛应用。但是翅片表面温度和管子表面温度之差随着远离管子表面距离的增加而增加，降低了换热性能，同时也受到经济性的限制使得翅片的面积不能无限的增加。为了进一步提高圆管管翅换热器的传热性能，在翅片表面设置涡产生器是一种有效的强化传热措施，被称为第三代强化传热技术。在翅片表面冲压出的涡产生器在流体中可以产生漩涡，造成二次流动，促进冷热流体间的混合，可以有效地强化翅片表面的换热性能。

圆管管翅换热器的机械加工性能比扁管翅换热器好，制造能耗小。但是流体流经圆管的流线性比流经扁管的流线性差，流体流经圆管前端滞止点附近和流经圆管尾流区域时阻力损失较大。为了进一步提高圆管管翅片型的换热性能，同时减小流动阻力损失，本发明涉及减小圆管尾流区域大小的一梯形曲面涡产生器和减小上游圆管前端附近流动阻力损失的在翅片上冲压形成的椭圆凸包。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了进一步提高圆管管翅片型的换热性能，同时减小流动阻力损失，提供一种能减小圆管前端附近流动阻力损失，增强换热性能的组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器。

本发明采用下述技术方案解决其技术问题：

一种组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器，包括沿着气体流动方向排列的圆管和套在圆管上的翅片，其特征在于所述翅片上设有套装圆管的圆孔，每个孔后部冲压出一对梯形曲面涡产生器, 曲面涡产生器的底边与圆孔为同心圆，并在翅片上留下一对梯形小孔，同时在翅片上每圆孔前端中线处冲出一椭圆凸包，在翅片背面留下一椭圆凹坑。

所述涡产生器的梯形长底边在上游，短底边位于下游，都与翅片垂直。

所述涡产生器关于圆孔的纵向中心线上下对称分布，涡产生器底边中点位于以圆孔为同心的圆弧上，且圆弧的半径与圆孔的半径之比为r ₁/r=1.15-1.35，圆弧角的范围为θ=50°-60°，所述涡产生器底边起始点与圆孔中心的连线和来流方向的角b=90°-115° 。

所述涡产生器梯形长底边为翅片间距的0.6-0.95倍，梯形短底边为长底边的0.5倍。

所述椭圆型凸包的长轴与流动方向一致，椭圆型凸包的中心在圆孔的纵向中心线上，并且位于以圆孔为同心的圆弧上，且圆弧的半径与圆孔的半径之比为r ₂/r=1.2-1.5；所述椭圆型凸包在翅片上的投影为一椭圆，长轴和短轴之比为2，长轴为圆孔半径的0.4-0.6倍，椭圆型凸包高度为翅片间距的0.5-0.8倍。

所述翅片上圆孔的边缘设有翻边凸台，翻边凸台的高度等于翅片的间距。

本发明在翅片上冲压形成的位于圆孔前端的椭圆凸包的长轴与流动方向一致，流线性较好，当流体流经凸包时，流体改变流动方向沿着凸包流动，这样在圆管前部就减小了因流体直接垂直冲刷圆管而引起的流动阻力损失。在圆管中线下游两侧冲压的梯形曲面涡产生器使得在圆管与涡产生器之间形成一流体通道，引导部分流体到达圆管尾流区，抑制了圆管后侧流体分离，使得圆管后尾流区域减小，改善了翅片与尾流区域相接面上的换热性能，且减小了尾流区域的流动阻力损失。涡产生器和翻边凸台冲压在同一个方向，冲压模具制造比较简单。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明翅片结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明：

本发明是一种组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器，包括沿着气体流动方向排列的圆管3和套在圆管3上的翅片4，圆管3可以是叉排或顺排排列方式，翅片4上设有套装圆管3的圆孔8，每个圆孔8后部冲压出一对梯形曲面涡产生器1，并在翅片4上留下一对梯形小孔5。曲面涡产生器1关于圆孔8的纵向中心线上下对称分布，曲面涡产生器1与翅片4相连的底边为与圆孔8同心的圆弧，与底边相连的梯形的长底边在上游，短底边位于下游，长底边为翅片4间距的0.6-0.95倍，梯形短底边为长底边的0.5倍，都与翅片4垂直。同时在翅片4上每圆孔8前端纵向中心线处冲出一横向椭圆凸包6，椭圆长轴方向沿着主流方向在翅片4背面相应的留下一横向椭圆凹坑7。翅片4上圆孔8的边缘设有翻边凸台2，翻边凸台2的高度等于翅片4的间距，翻边凸台2起到翅片4定位的作用，圆管3翅片4间胀接时，翻边凸台2可以紧密的和圆管3连接在一起，提高圆管3与翅片4的胀紧性。

本发明涡产生器1的底边中点位于以圆孔8为同心的圆弧上，且圆弧的半径与圆孔8的半径之比为r ₁/r=1.15-1.35，圆弧角的范围为θ=50°-60°，底边起始点与圆孔8中心的连线和来流方向的角b=90°-115°。椭圆型凸包6的长轴与流动方向一致，椭圆型凸包6的中心在圆孔8的纵向中心线上，并且位于以圆孔8为同心的圆弧上，且圆弧的半径与圆孔8的半径之比为r ₂/r=1.2-1.5；所述椭圆型凸包6在翅片上的投影为一椭圆，椭圆的长轴和短轴之比为2，长轴为圆孔8半径的0.4-0.6倍，椭圆型凸包6高度为翅片4间距的0.5-0.8时效果理想。

本发明在翅片4冲压成型后，将翅片4套装在圆管3上，翅片4间通过圆孔翻边凸台2定位，通过胀管、管内试压等一系列工艺之后就完成了整个涡产生器式圆管管翅换热器的制作。

Claims (6)

1.一种组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器，包括沿着气体流动方向排列的圆管(3)和套在圆管(3)上的翅片(4)，其特征在于所述翅片(4)上设有套装圆管（3）的圆孔（8），每个圆孔（8）后部冲压出一对梯形曲面涡产生器(1), 并在翅片（4）上留下一对梯形小孔(5)，曲面涡产生器（1）的底边与圆孔（8）为同心圆，同时在翅片(4)上每圆孔（8）的前端中线处冲出一椭圆凸包(6)，在翅片(4)背面留下一椭圆凹坑(7) 。

2.根据权利要求1所述的组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于所述涡产生器(1)的梯形长底边在上游，短底边位于下游，都与翅片（4）垂直。

3.根据权利要求1所述的组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于所述涡产生器（1）关于圆孔（8）的纵向中心线上下对称分布，涡产生器（1）底边中点位于以圆孔（8）为同心的圆弧上，且圆弧的半径与圆孔（8）的半径之比为r ₁/r=1.15-1.35，圆弧角的范围为θ=50°-60°，所述涡产生器（1）底边起始点与圆孔（8）中心的连线和来流方向的角b=90°-115°。

4.根据权利要求1所述的组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于所述涡产生器（1）梯形长底边为翅片（4）间距的0.6-0.95倍，梯形短底边为长底边的0.5倍。

5.根据权利要求1所述的组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于所述椭圆型凸包（6）的长轴与流动方向一致，椭圆型凸包（6）的中心在圆孔（8）的纵向中心线上并且位于以圆孔（8）为同心的圆弧上，且圆弧的半径与圆孔（8）的半径之比为r ₂/r=1.2-1.5；所述椭圆型凸包（6）在翅片上的投影为一椭圆，长轴和短轴之比为2，长轴为圆孔（8）半径的0.4-0.6倍，椭圆型凸包（6）高度为翅片（4）间距的0.5-0.8倍。

6.根据权利要求1所述的组合式曲面涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于所述翅片（4）上圆孔（8）的边缘设有翻边凸台（2），翻边凸台（2）的高度等于翅片（4）的间距。

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