CN102322765A

CN102322765A - 一种具有球形凹凸的矩形波状翅片

Info

Publication number: CN102322765A
Application number: CN201110277663A
Authority: CN
Inventors: 管保清; 范建亚; 缪炜
Original assignee: WUXI GUANYUN HEAT EXCHANGER CO Ltd
Current assignee: WUXI GUANYUN HEAT EXCHANGER CO Ltd
Priority date: 2011-09-19
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明公开一种具有球形凹凸的矩形波状翅片，由金属基片构成，所述金属基片弯折成矩形波状结构，在所述每个矩形波状结构的高度中间处压制有球形凹凸，连接采用圆弧过渡。本发明扩大了换热器二次换热面积，减慢了流体在该处的流速，使流体变薄变散，同时增加了抗拉强度，促进了流体在通道内的湍动，破坏了流体的层流，从而大幅度提高散热效率。

Description

一种具有球形凹凸的矩形波状翅片

技术领域

本发明涉及换热器零部件，尤其涉及适用于铝制板翅式换热器的具有球形凹凸的矩形波状翅片。

背景技术

铝制板翅式换热器具有结构紧凑、传热效率高、适应性广、经济性好等优点，在许多行业已得到广泛应用。板翅式换热器的结构形式很多，其组成结构基本相同，主要由金属翅片、隔板、封条和导流片组成。其中，金属翅片是板翅式换热器最重要、最基本的传热元件，具有增大换热表面积，提高换热效率的功能。

板翅式换热器的换热方式主要为对流，传热过程为：热流体——翅片——盖板——冷流体。牛顿冷却定律将这一复杂的对流问题用一简单关系式：Q= α·A·△t来表达，上述公式即为对流传热的基本方程。其中Q是对流传热速率；α是对流传热膜系数，又称对流传热系数；A是对流传热面积；△t是流体与间壁间温度差的平均值。随着产业化的不断深入，对板翅式换热器的性能，即对流传热速率提出了更高的要求。传统的板翅式换热器性能已不能满足各行业应用的需要。业界在翅片的形状结构上期望寻求突破，以提高对流传热膜系数α和对流传热面积A，从而提高换热器的对流传热速率Q。

发明内容

针对现有板翅式换热器的对流传热速率还不够理想的缺陷，申请人经过研究改进，提供一种具有球形凹凸的矩形波状翅片，在不改变换热器总体结构和原材料的基础上，对翅片的形状结构进行改进，提高α和A的数值，从而大幅度提高Q值。

本发明的技术方案如下：

一种具有球形凹凸的矩形波状翅片，由金属基片构成，所述金属基片弯折成矩形波状结构，在所述每个矩形波状结构的高度中间处压制有球形凹凸。

其进一步的技术方案为：所述球形凹凸的半径R小于波纹高度H的1/2，0.3 H≤R≤0.4H。

其进一步的技术方案为：所述球形凹凸的弦高h小于等于球形凹凸的半径R，0.5 R≤h≤1.0R。

其进一步的技术方案为：所述金属基片的弯折角为圆角，所述球形凹凸和金属基片平面之间的连接角也为圆角。

本发明的有益技术效果是：

本发明通过改变翅片形状，从而改变换热器流体流动通道的形状。当流体流经凹凸处时，由于通道长度增加了，而流量几乎是不变的，就使流体变薄、变散，流速减慢，进一步提高散热效果。由几段圆弧组成凹凸球形，促进了流体湍动，又可有效降低流动阻力。由于球形凹凸是通过冷挤压成型，虽然该处材料有减薄，但截面积总量几乎不变，实验证明，该处抗拉强度不降反升。

附图说明

图1是本发明的剖面图。

图2是本发明的展开图。

图3是散热效果曲线的对照图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

如图1所示，本发明是在现有矩形翅片的基础上改进而成的具有球形凹凸的波状翅片。它由金属基片1构成，所述金属基片1弯折成曲轴形的矩形波状结构，并在金属基片1的波峰和波谷之间的平坦面上压制有球形凹凸2。具体来说，该球形凹凸2是压制在每个矩形波状结构的高度中间处。图2是在金属基片1上加工出球形凹凸2后，金属基片1弯折前的平面展开图。

以下将给出冲压该球形凹凸的具体尺寸参数：

本发明中球形凹凸的半径R应小于波纹高度H的1/2，一般取0.3 H≤R≤0.4H。且球形凹凸的弦高h应小于等于球形凹凸的半径R，一般取0.5 R≤h≤1.0R。此外，金属基片的弯折角为圆角，球形凹凸和基片平面之间的连接也采用圆弧过渡。

例如在如图1、图2中，取H=16mm，R=6 mm，h=3.5 mm；此外，取A=7.5 mm，C=20 mm，r1，r2，r3=1.0 mm，δ=0.5 mm。其中A为矩形波的宽度；C为同一金属基片平面上相邻球形凹凸间的距离；r1，r2，r3为各处过渡圆角的半径；δ为金属基片的厚度。

以下将详细描述本发明的性能原理：

热流体在通道内流动，一般有三种情况：湍流、层流及中间过渡层。

a湍流：流体质点除沿通道轴线方向作主体运动外，其速度、大小时刻发生变化，还在各个方向有激烈碰撞并作径向运动。在湍流主体内，由于流体质点湍动激烈，流体温差极小，热阻很小，热量传递主要是依靠对流。

b层流：流体质点在通道内作直线运动，不作径向运动，在层流内层中，流体沿壁面平行流动，在传热方向上没有质点位移，热量传递主要依靠热传导进行，由于流体的热导率很小，使热阻很大。

c在中间过渡层内，流体的温度发生缓慢变化，对流和热传导均起作用。

本发明通过改变翅片形状，从而改变换热器流体流动通道的形状。可以在目前使用的翅片冷扎机组上改变冲压模具形状而获得。

一、在对流传热中，热阻主要集中在层流内层中，因此，减薄层流内层的厚度，破坏其边界层，是强化对流传热的主要途径。

二、在翅片通道内，通道形状多次发生改变，流体运动方向也跟着不断改变，加剧湍流。

三、流体在通道内的运动轨迹很少有直线运动，更多的是径向运动，不规则的运动，目的在于消除过渡层和层流。

四、流体质点湍动激烈，极少的过渡层和层流，使介质内部温差极小，热阻很小，传热效率大幅度提高。

具体来说，如图1所示，原矩形通道（无球形凹凸）在该处传热面积为108.50mm²，而本发明在该处散热面积为120.68 mm²，增加了11.2%。流体流经凹凸处时，由于通道长度增加了，而流量几乎是不变的，就使流体变薄、变散，流速减慢，进一步提高散热效果。由几段圆弧组成凹凸球形，促进了流体湍动，又可有效降低流动阻力。由于凹凸球形是通过冷挤压成型，虽然该处材料有减薄，但截面积总量几乎不变，实验证明，该处抗拉强度不降反而增加。

对比实验：

图3示出了本发明具有球形凹凸的矩形波状翅片与现有普通矩形波状翅片的散热效果的对比实验数据。如图3所示，其中曲线1表示具有球形凹凸的矩形波状翅片，曲线2表示普通矩形波状翅片。图3的结果表明，本发明（曲线1）的散热效果优于现有技术（曲线2），能够更早的将温度降至环境温度。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具有球形凹凸的矩形波状翅片，其特征在于：由金属基片构成，所述金属基片弯折成矩形波状结构，在所述每个矩形波状结构的高度中间处压制有球形凹凸。

2.根据权利要求1所述具有球形凹凸的矩形波状翅片，其特征在于：所述球形凹凸的半径R小于波纹高度H的1/2。

3.根据权利要求2所述具有球形凹凸的矩形波状翅片，其特征在于：0.3 H≤R≤0.4H。

4.根据权利要求1所述具有球形凹凸的矩形波状翅片，其特征在于：所述球形凹凸的弦高h小于等于球形凹凸的半径R。

5.根据权利要求4所述具有球形凹凸的矩形波状翅片，其特征在于：0.5 R≤h≤1.0R。

6.根据权利要求1所述具有球形凹凸的矩形波状翅片，其特征在于：所述金属基片的弯折角为圆角。

7.根据权利要求1所述具有球形凹凸的矩形波状翅片，其特征在于：所述球形凹凸和金属基片平面之间的连接角为圆角。