CN103959005A - 波形散热片 - Google Patents

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Abstract

波形散热片设置在热交换器的热交换器壳体内，以便通过与流体直接接触而导致流体的湍流。该波形散热片包括多个突出、多个凹陷和多个侧壁。突出和凹陷通过多个侧壁彼此连接。侧壁分隔在突出和凹陷之间供流体通过的流体通道。突出、凹陷和侧壁形成在纵向上延伸的主波形，以便呈第一曲率半径的波形。一个或多个弯曲部分形成在主波形的中间部分上，所述弯曲部分连接到主波形的其余部分上，以便以第二曲率半径弯曲。

Description

波形散热片
技术领域
本发明涉及波形散热片，其设置在热交换器的热交换器壳体内，以便通过与流体直接接触而引起流体的湍流，并且更具体地，涉及一种波形散热片，其可促进流体倾向于成为湍流，并通过显著增加流体的湍流能来有效地提高流体的热交换效率。
背景技术
使用各种热交换器，包括用于车辆的废气冷却器，如用于再循环废气的废气再循环(EGR)冷却器、燃料冷却器、油冷却器、中间冷却器、废热回收系统的过热器和锅炉。热交换器配置为在多种类型的流体，例如气-气、液-气和液-液之间进行热交换。例如，EGR可从柴油发动机的排气系统中抽取一部分废气，通过柴油发动机的吸气系统来循环所抽取部分的废气，并将所抽取部分的废气加至混合气体中，从而减少了氮氧化物(NOx)的生成。EGR还可实现许多有益效果，如降低泵损失，根据废气的温度下降而降低冷却剂的热损失，根据工作气体量和组成变化而增加比热比，并作为结果使循环效率得到改善。因此，EGR广泛地用作柴油发动机的用于净化废气和提高热效率的方法。
这种热交换器包括热交换器壳体和散热片结构，要经受热交换的流体通过该热交换壳体，且散热片结构设置在热交换器壳体内。该散热片结构通过诱导流体成为湍流可改善流体的热交换效率。
这种散热片结构具有多种形状，如皱纹结构、平板结构、波形结构等等。考虑到其通过促进流体倾向于成为湍流而提高热交换效率的能力，波形散热片结构是最近流行的。
波形散热片配置为使得多个突出和多个凹陷在横向上重复设置，并在纵向上为波形，即在流体流动方向上，从而形成多个分区的流体通道。这因此允许穿过波形散热片的流体通道的流体在波向上流过波形结构，从而使流体紊流并循环。
然而，由于热交换器壳体具有相对小的内部容积，针对传统波形散热片提高流体的湍流能力有一些局限性。特别的，由于传统波形散热片的表面是光滑的，穿过各个流体通道的流体的湍流动能基本上不会增强。此外，在流体流动中会同时发生动能的损失。因此，具有流体的热交换效率实质上不高的问题。
发明内容
技术问题
因此，本发明是牢记在现有技术中出现的上述问题而做出的，并且本发明的目的是提供波形散热片，其通过在所述流体流动的主波形方向上额外引起湍流或涡流从而显著增强流体的湍流能由此可提高流体的湍流，并有效和显著增加流体的热交换效率。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供了波形散热片，包括多个突出、多个凹陷和多个侧壁。多个突出和多个凹陷通过多个侧壁彼此连接，并且多个侧壁分隔在多个突出和多个凹陷之间流体通过的多个流体通道。多个突出、多个凹陷和多个侧壁形成在纵向上延伸的主波形，所述主波形延伸以便呈第一曲率半径的波形。一个或多个弯曲部分形成在主波形的中间部分上，所述弯曲部分连接到主波形的其余部分上，以便以第二曲率半径弯曲。
第二曲率半径可小于第一曲率半径。
所述弯曲部可分别形成于围绕主波形的各自顶点中心线对称的位置上，从而在主波形的中间部分上形成多个弯曲部分。
多个弯曲部分可包括多个第一弯曲部分和多个第二弯曲部分，所述多个第一弯曲部分在第一横向上从主波形伸出，所述多个第二弯曲部分在第二横向上从主波形伸出。多个第一弯曲部分和多个第二弯曲部分形成于围绕主波形的各自间距中心对称的位置上。
多个弯曲部分可在第一和第二横向的至少一个上从主波形伸出。
所述多个第一和第二弯曲部分的顶点中心线可相对于主波形的顶点中心线倾斜。
所述多个突出和多个侧壁分别彼此连接的部分形成为对应于所述弯曲部分。所述多个凹陷和多个侧壁分别彼此连接的部分形成为对应于所述弯曲部分。
波形散热片的横向间距和第二曲率半径之间的比率范围是0.1到0.6。
多个流体通道的各横截面形状可选自矩形、梯形和圆形中的一个。
有益效果
根据本发明，形成在侧壁上的弯曲部分加速了流体倾向于成为湍流，从而显著增加了湍流动能。这提高了流体的热交换效率，因此是有利的。
附图说明
图1是示出根据本发明实施方式的波形散热片的透视图。
图2是图1中部分A的放大图。
图3是示出根据本发明实施方式的波形散热片的俯视图。
图4是沿图3中线B-B的剖视图。
图5是图4中部分C的放大图。
图6是沿图5中线D-D的俯视截面图。
图7是显示图6所示的第一变形实施方式的俯视截面图。
图8是显示图6所示的第二变形实施方式的俯视截面图。
图9是显示图6所示的第三变形实施方式的俯视截面图。
图10是示出当流体通过根据本发明的波形散热片时的湍流动能平均值的曲线图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的示例性实施方式进行详细的说明。
图1-图6是示出根据本发明实施方式的波形散热片的视图。
如图所示，根据本发明的波形散热片10包括多个突出11和多个凹陷12，其以预设距离沿波形散热片10的横向V1和V2连续延伸。多个突出11通过横向上的多个侧壁13与所述多个凹陷12连接。
波形散热片10具有多个流体通道15，其由多个侧壁13分隔。所述流体通道15的上端和下端由多个突出11和多个凹陷12交替地封闭。
如图4和图5所示，随着侧壁13彼此对称地倾斜面对，每个流体通道15可形成梯形横截面结构。可选择地，流体通道15可具有多种横截面结构，诸如梯形横截面结构或圆形横截面结构。
此外，多个突出11、多个凹陷12和多个侧壁13在纵向上延伸，以便形成具有第一曲率半径R的波形形状，由此形成在波形方向上的主波形Wm(main waveform)，由图6中的箭头W表示。主波形Wm以预设波形方向(参见图6中的箭头W)形成，其包括假想的连接线(参见图6中的Wv)。
一个或多个弯曲部分21和22形成在主波形Wm上。所述弯曲部分21和22以第二曲率半径r弯曲，并且连接至主波形Wm的其余部分。
特别地，由于第二曲率半径r小于第一曲率半径R，所述多个弯曲部分21和22作为主波形Wm表面上的凹面和凸面。当流体在主波形Wm表面上朝波形W的方向上流动时，可在弯曲部分21和22上产生湍流和涡流。
弯曲部分21和22可形成在围绕主波形Wm的各自顶点中心线Cp的对称位置上。因此，多个弯曲部分21和22可形成在主波形Wm的其余部分之间。
根据图6的实施方式，多个弯曲部分21和22可包括多个第一弯曲部分21和多个第二弯曲部分22，所述多个第一弯曲部分21形成在主波形Wm上，以便在第一横向V1上伸出(在图6中向右)，所述多个第二弯曲部分22形成在主波形Wm上，以便在第二横向V2上伸出(在图6中向左)。第一弯曲部分21和第二弯曲部分22形成于围绕主波形Wm的各自顶点中心线Cp的对称位置上。
优选的是，根据本发明的波形散热片的横向间距P和第二曲率半径r之间的比率为0.1至0.6。
图10是示出当使用根据本发明的波形散热片时的湍流动能平均值的曲线图。本曲线图示出了根据波形散热片中弯曲部分21和22的横向间距P与第二曲率半径r之间比率的湍流动能值。结果列于下述表1中。
表1
第二曲率半径r/横向间距P 平均动能(J/kg) 平均动能比
0 1.932 1
0.11 1.964 1.017
0.17 2.042 1.057
0.24 2.146 1.111
0.41 2.356 1.219
0.59 2.381 1.232
湍流动能的平均值之比是指对于没有弯曲部分的传统波形散热片(对照组)的湍流动能平均值和对于根据本发明的具有弯曲部分的波形散热片的湍流动能平均值之间的比率。
这解释了当横向间距P和第二曲率半径r之间的比率为0.1到0.6时，根据本发明的波形散热片的湍流动能显著增加。显而易见的是，在该比率小于0.1时，存在与不存在弯曲部分21和22之间基本没有差异(基本上没有增加湍流动能)。在该比率大于0.6时，湍流动能停滞，其值不超过1.25。可以理解的是，当横向间距P和第二曲率半径r之间的比率为0.1到0.6时，根据本发明的波形散热片10的湍流动是最佳化的。比率小于0.1或大于0.6时，在易于制造或者提高生产率方面是不优选的，因为湍流动能基本上不增加或湍流动能的增加停滞。
图7是示出图6所示的第一变型实施方式的平面剖视图。在这种结构中，第一弯曲部分21在第二横向V2上伸出，且第二弯曲部分22在第一横向V1上伸出。
图8是示出图6所示的第二变型实施方式的平面剖视图。在这种结构中，第一和第二弯曲部分21和22在第二横向V2上伸出。
图9是示出图6所示的第三变型实施方式的平面剖视图。在这种结构中，第一和第二弯曲部分21和22在第一横向V1上伸出。
多个弯曲部分21和22不限制于图6中所示的配置，但可配置为在主波形Wm上的第一和第二横向V1和V2的至少一个横向上伸出。
第一和第二弯曲部分21和22的顶点中心线Ci和Cm可相对于主波形Wm的顶点中心线Cp倾斜。对于这样的结构，第一和第二弯曲部分21和22可与主波形Wm的其余部分连接。
如图1和图2所示，彼此连接的突出11和侧壁13的部分形成为与弯曲部分21和22对应，并且彼此连接的凹陷12和侧壁13的部分形成为与弯曲部分21和22对应。

Claims (9)

1.一种波形散热片，其特征在于，包括：
多个突出、多个凹陷和多个侧壁，其中多个突出和多个凹陷通过多个侧壁彼此连接，并且多个侧壁分隔在多个突出和多个凹陷之间供流体通过的多个流体通道，
其中多个突出、多个凹陷和多个侧壁形成在纵向上延伸的主波形，所述主波形延伸以便呈第一曲率半径的波形，并且
其中一个或多个弯曲部分形成在主波形的中间部分上，所述弯曲部分连接到主波形的中间部分上，以便以第二曲率半径弯曲。
2.根据权利要求1所述的波形散热片，其特征在于，第二曲率半径小于第一曲率半径。
3.根据权利要求1所述的波形散热片，其特征在于，所述弯曲部分别形成于围绕主波形的各自顶点中心线对称的位置上，从而在主波形的中间部分上形成多个弯曲部分。
4.根据权利要求3所述的波形散热片，其特征在于，多个弯曲部分包括多个第一弯曲部分和多个第二弯曲部分，所述多个第一弯曲部分在第一横向上从主波形伸出，所述多个第二弯曲部分在第二横向上从主波形伸出，多个第一弯曲部分和多个第二弯曲部分形成于围绕主波形的各自间距中心对称的位置上。
5.根据权利要求3所述的波形散热片，其特征在于，多个弯曲部分在第一和第二横向的至少一个上从主波形伸出。
6.根据权利要求4所述的波形散热片，其特征在于，所述多个第一和第二弯曲部分的顶点中心线相对于主波形的顶点中心线倾斜。
7.根据权利要求1所述的波形散热片，其特征在于，所述多个突出和多个侧壁分别彼此连接的部分形成为对应于所述弯曲部分，并且所述多个凹陷和多个侧壁分别彼此连接的部分形成为对应于所述弯曲部分。
8.根据权利要求1所述的波形散热片，其特征在于，波形散热片的横向间距（P）和第二曲率半径（r）之间的比率范围是0.1到0.6。
9.根据权利要求1所述的波形散热片，其特征在于，多个流体通道的各横截面形状选自矩形、梯形和圆形中的一个。
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