CN103017591A - 一种板翅式换热器的封头挡板 - Google Patents

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王武昌
李玉星
季鹏
朱建鲁
胡其会
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Abstract

本发明公开了一种板翅式换热器的封头挡板，封头包含流体入口管和弧形封头，挡板安装在弧形封头弧形结构的1/2处，挡板厚度推荐为1～3mm，挡板上分布有多个通孔，通孔的直径为入口管管径的1/5，横向和纵向孔间距均为孔径的1/2，挡板上的通孔排布分为三个特征区域：入口管投影区，投影外围区，两侧对称区。本发明根据传统封头物流分配的特点提出一种挡板结构，采用一种通孔直径，简单、实用，有效的改善了封头内部的物流分配情况，并且挡板结构参数是根据封头结构尺寸来定义的，具有普遍适用性，可作为设计依据，对于改善板翅式换热器的换热性能方面具有重要作用。

Description

一种板翅式换热器的封头挡板
技术领域：
本发明涉及一种适用于板翅式换热器封头的挡板，属于板翅式换热器物流分配优化、传热强化技术领域，特别是通过对挡板位置、挡板厚度以及开孔孔径的优化分析，得到了一种具有普遍适用性的板翅式换热器封头的挡板结构。
背景技术：
引起板翅式换热器物流分配不均匀的主要因素是不合理的封头结构，传统型封头出口通道的尺寸以及出口通道相对入口管的位置对封头物流分配有着重要影响。针对封头结构的改进有二次封头和加装打孔档板两种思路，二次封头结构可以使物流分配均匀性和换热效能得到提高，但是由于性能提高有限，并且造成封头结构整体外形的增大，工程中应用较少。加装打孔挡板改善封头物流分配特性的关键在于挡板开孔的排布，错排开孔挡板结构得到了极大的关注和研究，该结构可以显著改善封头物流分配特性，提高换热效率，但是该结构开孔排布复杂且过密，降低了挡板的强度，增加了设计加工的难度，工程应用现状不佳；将打孔挡板加工成曲面能够在一定程度上提高物流分配的均匀性，但是曲面造成了通孔的变形，降低了挡板的强度，加工以及安装的困难导致其难以推广。对封头挡板结构的设计要求，不但要能够提高物流分配均匀性，而且还要简单易于加工，因此提出一种新型的挡板结构显得尤为迫切。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种板翅式换热器的封头挡板，该挡板能够有效的改善封头内部的物流分配情况，从而提高换热器性能，且易于加工，简单实用。
实现本发明目的的技术方案是：所述的封头挡板包含流体入口管和弧形封头，矩形挡板安装在弧形封头弧形结构的1/2处，挡板厚度推荐值为1～3mm。挡板上开有按特定方式排布的通孔，所述通孔的直径为入口管管径的1/5，横向和纵向孔间距均为通孔直径的1/2。挡板上的通孔排布分为三个特征区域：入口管投影区，投影外围区和两侧对称区。在入口管投影区，入口管在挡板上投影的圆周上均匀地排布有6个通孔，投影的圆上纵向两端各开一个通孔，余下四个通孔以纵向为轴两侧对称分布；投影外围区的通孔分成横排和纵列两类，横排通孔在纵向中心轴两侧对称分布3个，纵列通孔在横向中心轴两侧对称排布至挡板边缘，二者最外侧通孔相互重合，因此横排通孔纵向位置和纵列通孔横向位置得以相互确定；两侧对称区通孔纵向成列排布，根据横向中心轴上排布通孔与否分为中央开孔列和中央无孔列两个特征列，中央开孔列横向中心轴上排布有通孔，中央无孔列的通孔排布比投影外围区的纵列两端各减少一个通孔，中央开孔列与投影外围区的纵列在横向上间隔一个孔间距，中央开孔列的横向位置增加一个孔间距得到中央无孔列的横向位置，所述两个特征列上的通孔在横向交替分布至挡板边缘，形成两侧区域通孔的交错分布。对于工程应用中入口管和弧形封头尺寸各不相同的封头，本发明提供的挡板结构不需要重新分析流场进行通孔排布的设计，挡板安装位置、挡板厚度、通孔孔径以及孔间距均保持不变，通孔排布形式基本相同；但是投影外围区横排通孔数量需要根据封头尺寸具体分析，当入口管管径过小时，纵向上入口管投影的圆至挡板边缘距离过大，应增加横排通孔排数，相反的取消横排通孔，仅保留纵列通孔，从而保证本技术方案挡板结构的高效实用。
本发明与传统封头挡板相比具有的有益效果是：
1．本发明根据传统封头物流分配的特点提出的挡板结构，采用一种通孔直径，简单实用，有效的改善了封头内部的物流分配情况；
2．本挡板结构参数是根据封头结构尺寸来定义的，具有普遍适用性，可作为设计依据，对于改善板翅式换热器的换热性能方面具有重要作用；
3．本发明提高了换热器的运行可靠性，扩展了适用范围，特别是对于多相流动换热以及晃动条件下的换热具有明显的优势。
附图说明：
图1是本发明的封头结构图。
图2是本发明提出的封头挡板结构。
图3是封头挡板结构通孔排布分区图。
图4是挡板不同安装位置下的封头流量标准偏差对比图。
图5是挡板不同厚度下的封头流量标准偏差对比图。
图6是通孔不同孔径下的封头流量标准偏差对比图。
图7是采用不同挡板结构的封头流量标准偏差对比图。
图中，1－入口管；2－弧形封头；3－挡板；4－入口管投影圆；5-纵向中心轴；6-横向中心轴；7-入口管投影区；8-投影外围区；9-两侧对称区10-中央开孔列；11-中央无孔列。
具体实施方式：
为使本发明的结构工作原理更加清晰明了，下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，依本发明的技术方案，一种适用于板翅式换热器封头的挡板结构，矩形挡板3安装在封头弧形结构2的1/2处，挡板厚度推荐值为1～3mm，实际应用中可根据流体性质、雷诺数和气液比等参数适当增减。
如图2和图3所示，挡板3上分布有多个通孔，所述通孔的直径为入口管1管径的1/5，横向和纵向孔间距均为通孔直径的1/2。挡板3上的通孔排布分为三个特征区域：入口管投影区7，投影外围区8和两侧对称区9。在入口管投影区7，入口管1在挡板3上投影的圆周上均匀地排布有6个通孔，投影的圆上纵向两端各开一通孔，余下四个通孔以纵向为轴两侧对称分布；在投影外围区8，通孔分成横排和纵列两类，横排通孔在纵向中心轴两侧对称分布3个，纵列通孔在横向中心轴两侧对称排布至挡板边缘，二者最外侧通孔相互重合，因此横排通孔纵向位置和纵列通孔横向位置得以相互确定；在两侧对称区9，通孔纵向成列排布，根据横向中心轴上排布通孔与否分为两个特征列，根据横向中心轴上排布通孔与否分为中央开孔列10和中央无孔列11两个特征列，中央开孔列10的横向中心轴上排布有通孔，中央无孔列11的通孔排布比投影外围区8的纵列两端各减少一个通孔，中央开孔列10与投影外围区8的纵列在横向上间隔一个孔间距，中央开孔列10的横向位置增加一个孔间距得到中央无孔列11的横向位置，所述两个特征列通孔在横向交替分布至挡板边缘，形成两侧区域通孔的交错分布。
对于工程应用中入口管和弧形封头尺寸各不相同的封头，本发明提供的挡板结构不需要重新分析流场进行通孔排布的设计，挡板安装位置、挡板厚度、通孔孔径以及孔间距均保持不变，通孔排布形式基本相同。但是投影外围区横排通孔数量需要根据封头尺寸具体分析，从而保证本技术方案挡板结构的高效实用，当入口管管径过小时，纵向上入口管投影的圆至挡板边缘距离过大，应增加横排通孔排数，相反的取消横排通孔，仅保留纵列通孔。
为了说明本发明提出的新型挡板结构的优越性，利用流体力学模拟软件对挡板的性能进行了模拟。图4、图5和图6是通过模拟得到的结果，揭示的分别是挡板结构在不同安装位置、不同厚度、通孔不同孔径的情况下，封头流量标准偏差的对比柱状图，流量标准偏差值越小封分配均匀性越好。
参见图4，挡板位于1/2处的流量标准偏差明显低于挡板位于1/3处和2/3处，此时挡板上方的涡流分配作用和挡板下方的缓冲作用共同效果达到最佳，封头物流分配均匀程度最好。
参见图5，由入口管进入的流体通过挡板后流向被强制整流，直接进入中间四个通道，挡板越厚整流作用越明显；但挡板过薄，会导致中间通道的流量过小，两侧通道的流量过大，流量分配不均匀性反而增加。挡板厚度1～3mm时，流量标准偏差都低于0.30，整流作用强度以及封头物流分配均匀程度适宜，推荐采用；实际应用中可根据流体性质、雷诺数和气液比等参数适当增减。
参见图6，开孔孔径为入口管径的1/5的情况下流量标准偏差值最小，封头物流分配均匀性最佳。孔径过大会导致大部分流体从挡板中间位置流出，直接进入中间四个通道；而孔径过小会造成中间通道的流量小于两侧通道的流量，物流分配同样不均匀；开孔孔径为入口管径的1/5时，物流在中间通道和两侧通道之间得到了合理分配。
图7揭示的是不同封头结构下的流量标准偏差对比图，由图7可知，C型封头的流量标准偏差值最低，物流分配均匀性最佳。图中，A－传统型封头，B－错排孔板型封头，C－采用本发明技术方案的封头。

Claims (4)

1.一种板翅式换热器的封头挡板，其特征是，在封头弧形结构(2)的1/2处安装排布有通孔的矩形挡板(3)，所述挡板(3)上所开通孔的直径为入口管(1)管径的1/5，横向和纵向孔间距均为孔径的1/2，挡板(3)的厚度为1-3mm。
2.如权利要求1所述的板翅式换热器的封头挡板，其特征在于，入口管(1)在挡板上投影的圆周(4)上均匀排布有6个通孔，投影的圆上纵向两端各开一个通孔，余下四个通孔在纵向中心轴(5)两侧对称分布。
3.如权利要求1所述的板翅式换热器的封头挡板，其特征在于，所述通孔按横排和纵列两种形式分布，横排通孔在纵向中心轴(5)两侧对称分布3个，纵列通孔在横向中心轴(6)两侧对称排布至挡板边缘，二者最外侧通孔相互重合，因此横排通孔纵向位置和纵列通孔横向位置得以相互确定。
4.如权利要求1所述的板翅式换热器的封头挡板，其特征在于，通孔纵向成列排布，根据横向中心轴上排布通孔与否分为中央开孔列(10)和中央无孔列(11)两个特征列，中央开孔列(10)的横向中心轴上排布有通孔，中央无孔列(11)的通孔排布比投影外围区(8)的纵列两端各减少一个通孔，中央开孔列(10)与投影外围区(8)的纵列在横向上间隔一个孔间距，中央开孔列(10)的横向位置增加一个孔间距得到中央无孔列(11)的横向位置，所述两个特征列上的通孔在横向交替分布至挡板边缘，形成两侧区域通孔的交错分布。
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