CN104101243B - 圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片 - Google Patents

Abstract

一种圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片，根据扩展翅片表面和引导流体流动的需要，在翅片上从气流入口到出口挤压出完整的横断面为折线形的流线型凸波纹4和凹波纹5。同一波谷、波峰连线均为流线。流线是翅片1所对应管翅式换热器平片翅片侧通道沿管轴向中心截面上管尾不出现回流的流线。凸波纹4、凹波纹5沿纵向的波幅以一适宜的波形16变化，波幅沿横向以适宜波形17包络波纹谷峰变化。流线型折线形波纹翅片可有效地改善流体流动的流线性，减小了流动阻力，翅片表面的凸/凹波纹增加了翅片表面积，减小了传热热阻，提高了翅片的整体换热能力。

Description

圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片

技术领域

本发明涉及圆管管翅式换热器翅片。特别涉及一种圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片。

背景技术

管翅式换热器一般在管内流动液体工质，在管外侧流动气体。为减小空气侧的热阻，在管外侧安装翅片可以增加换热面积达到减小热阻的目的。由于受到换热器体积、经济性和翅片效率的限制，使得翅片的面积不能无限的增加。为进一步提高管翅式换热器的传热性能，增加流体的扰动是改善空气侧换热效果的一种有效措施。通常把翅片表面做成有利于增加流体扰动的结构形状，比如百叶窗、横向波纹、涡产生器、间断环面槽、菱形立刺等。这些翅片可以达到强化翅片表面传热的目的，但是同时也引起了流动阻力的增加。对于圆管结构的管翅式换热器，流体掠过圆管流动的流线性较差，特别是在流速较大时，流体掠过圆管流动时的脱体引起流动压力损失较大，并且在圆管尾部形成不利于传热的回流区，流动传热性能有待进一步提高。因此，进一步开发传热性能好、压力损失小的翅片形式非常重要。同时，现有百叶窗、波纹、涡产生器、间断环面槽、菱形立刺等结构易挂灰尘，使得翅片侧热阻增加，降低了其传热性能。从而，获得如何在不切割翅片的条件下提高翅片的传热非常重要。

圆管管翅式换热器现用百叶窗式、开缝式、涡产生器式等强化传热翅片通道内的流动流线性较差，这些强化翅片在强化传热的同时，引起流动的流动局部阻力较大。因此，圆管管翅式换热器翅片表面换热性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的思路是通过在圆管管翅式换热器翅片表面冲压出流线型波纹引导流体按既定流线流动，达到提高流体流动流线性，减小流动压力损失，提高翅片换热能力的目的。

为达到上述目的本发明采用的技术方案是在翅片1上按照流线走向从气流入口到出口连续冲压出凸凹相间的流线型折线形形凸波纹4和流线型折线形形凹波纹5；同一波谷、波峰连线均为流线，波纹区域边界8也是流线，且在冲压前翅片(平片)中心面O—O上，可依据流函数值按需确定。

流线型凸波纹4和凹波纹5的波幅在纵向以所需波形16变化，比如，在流速高的区域(圆管周围区域)波幅较小，在流速低的区域(前后排圆管之间区域)波幅较大。

不同的流线型凸波纹4和凹波纹5的波幅沿横向按需要波形17包络波纹谷峰变化，比如，在远离管子的区域的波纹波幅较大，在靠近管附近区域的波纹波幅较小。

所述的流线型翅片1的凸波纹4、凹波纹5的最小波幅为翅片间距的0.1-0.9倍。

所述的流线型翅片1的凸波纹4、凹波纹5的横断面形状为折线形。其折线形型线的确定方法是：先把流线9—15放置在冲压前翅片(平片)中心面O—O上，这些流线和横截面A-A的交点分别为9′—15′，按波幅大小垂直中心面O—O上下移动交点10′—14′分别到10″—14″，最后分别通过两点9′和10″，10″和11″，11″和12″，12″和13″，13″和14″及14″和15′确定凸波纹4及凹波纹5的折线形型线方程。

所述的流线型翅片1的流线是翅片1所对应管翅式换热器平片翅片侧通道沿管轴向中心截面上管尾不出现回流的流线。

所述的流线型翅片的凸波纹4、凹波纹5间距或数目依据波纹区域边界8的流函数值按需确定。

所述的流线型翅片1上冲压出的凸波纹4、凹波纹5相间分布并且分别关于管孔2的纵、横中心线对称分布。

所述流线型翅片1上冲压出圆环凸台3，且在其顶部冲压出一翻边7，便于翅片穿管和确定片距。

所述流线型翅片1上冲压出圆环凸台3的高度可以变动，用于调节翅片间距，胀管后凸台紧紧地与圆管接触，起到固定翅片减小热阻的作用。

流线型翅片与管子组装后，当流体在多层流线型翅片间流动时，通过翅片表面的流线型凸凹波纹连续不断的引导，部分流体沿着流既定线流动,减小了流动压力损失。同时，流线型波纹波幅沿着流线方向按照所需曲线波形周期变化及不同波纹波幅沿横向按所需波形包络波纹谷峰变化进一步减小了流动压力损失。翅片表面凸凹波纹增加了翅片表面积，减小了传热热阻，提高了翅片的换热能力。

附图说明

图1是一种圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片。

图2是折线形波纹型线确定方法示意图。

图1中标号：1.翅片；2.翅片上圆管孔；3.圆环凸台；4.凸波纹；5.凹波纹；6.波纹形状；7.翻边；8.波纹区域边界；16.波幅沿纵向变化波形；17.波幅沿横向变化包络波峰、波谷波形。

图2中标号：9—15流线；9′—15′是放置在在O—O面上的流线9—15和横截面A-A的交点；10″—14″是按波幅大小垂直中心面O—O上下移动10′—14′后的对应点。

具体实施方式

参见图1—2,本发明包括翅片1上的圆管孔2、圆环凸台3、冲压出的流线型凸波纹4、凹波纹5以及波纹形状6。圆管孔2可以采用叉排或顺排方式。圆环凸台3的高度等于翅片间距，起到翅片定位的作用。圆环凸台3的顶部略往外翻有一翻边7，便于翅片穿管和翅片定位。流线型凸波纹4(实线)与凹波纹5(虚线)按照波纹区域边界8的流函数值按需在波纹区域边界8之间相间分布，且分别关于孔2的纵、横中心线对称分布。流线型凸波纹4与凹波纹5都沿着流线走向从气流入口到出口连续分布。流线型凸波纹4与凹波纹5的波幅沿着纵向按照所需曲线波形16周期变化，比如，在流速高的区域(圆管周围区域)降低波幅，在流速低的区域(前后排圆管之间区域)增加波幅。不同的流线型凸波纹4和凹波纹5的波幅沿横向按所需波形17包络波纹谷峰变化，比如，在远离管子的区域的波纹波幅较大，在靠近管附近区域的波纹波幅较小。波纹最大波幅为翅片间距的0.1—0.9倍。根据先把流线9—15放置在冲压前翅片(平片)中心面O—O上，这些流线和横截面A-A的交点分别为9′—15′，按波幅大小垂直中心面O—O上下移动交点10′—14′分别到10″—14″，最后分别通过两点9′和10″，10″和11″，11″和12″，12″和13″，13″和14″及14″和15′确定凸波纹4及凹波纹5的三角形型线方程。

本发明在翅片1冲压成型后，将翅片1经圆孔2套装在圆管上，翅片1间通过圆环凸台3定位，通过胀管、管内试压等一系列常规工艺之后就完成了整个管翅式换热器的制作。

流线型波纹翅片的工作原理是：当流体在流线型波纹翅片之间的通道内流动时，通过翅片表面的横断面为折线形的凸波纹4和凹波纹5的连续不断的引导，通道内部分流体在凸波纹4和凹波纹5形成的流线型通道内流动，通道内流动平稳，流量分配较为均匀，有效抑制了圆管尾部流体的脱体，明显减小了流动压力损失。流线型波纹的波幅沿纵向和横向变化更进一步减小了流动在壁面的切应力，使流动阻力进一步减少。同时，三角形的凸波纹4和凹波纹5增加了翅片表面积、减小了翅片侧传热热阻，且流体流线型流动使得圆管后不易产生回流区，圆管后部翅片的换热性能也得到明显提高。以上发明使得流线型波纹翅片具有较好的流动与传热性能。

Claims (7)

1.一种圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片，其特征在于：在翅片(1)上按照既定流线走向从气流入口到出口连续冲压出凸凹相间的流线型折线形凸波纹(4)和流线型折线形凹波纹(5)；其折线形型线的确定方法是：先把既定流线一(9)、既定流线二(10)、既定流线三(11)、既定流线四(12)、既定流线五(13)、既定流线六(14)、既定流线七(15)放置在冲压前翅片中心面O—O上，这些既定流线和横截面A—A的交点分别为点ⅰ(9′)、点ⅱ(10′)、点ⅲ(11′)、点ⅳ(12′)、点ⅴ(13′)、点ⅵ(14′)、点ⅶ(15′)，按波幅大小垂直中心面O—O向上移动交点ⅱ(10′)、交点ⅳ(12′)、交点ⅵ(14′)到点Ⅱ(10″)、点Ⅳ(12″)、点Ⅵ(14″)，向下移动交点ⅲ(11′)、交点ⅴ(13′)分别到点Ⅲ(11″)、点Ⅴ(13″)，最后分别通过两点点ⅰ(9′)和点Ⅱ(10″)，点Ⅱ(10″)和点Ⅲ(11″)，点Ⅲ(11″)和点Ⅳ(12″)，点Ⅳ(12″)和点Ⅴ(13″)，点Ⅴ(13″)和点Ⅵ(14″)及点Ⅵ(14″)和点ⅶ(15′)确定凸波纹(4)及凹波纹(5)的折线形型线方程；同一条折线形凸波纹(4)的波峰连线为既定流线；同一条折线形凹波纹(5)的波谷连线为既定流线；其既定流线是翅片(1)所对应管翅式换热器翅片侧通道沿管轴向中心截面上管尾不出现回流的流线；波纹的波幅在纵向变化；沿横向不同波纹的波幅变化。

2.根据权利要求1所述的圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片，波纹区域边界(8)也是既定流线，且在冲压前翅片中心面O—O上，可依据流函数值确定。

3.根据权利要求1所述的圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片，其特征是折线形凸波纹(4)、折线形凹波纹(5)沿纵向的波幅以波形(16)变化。

4.根据权利要求1所述的圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片，其特征是折线形凸波纹(4)、折线形凹波纹(5)的波幅沿横向以波形(17)包络波纹谷峰变化。

5.根据权利要求1所述的圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片，其特征是折线形凸波纹(4)、折线形凹波纹(5)的最大波幅为翅片间距的0.1—0.9倍。

6.根据权利要求1所述的圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片，其特征是折线形凸波纹(4)、折线形凹波纹(5)的间距或数目依据波纹区域边界(8)的流函数值确定。

7.根据权利要求1所述的圆管管翅式换热器流线型变波幅折线形波纹翅片，其特征是冲压出的折线形凸波纹(4)、折线形凹波纹(5)相间分布并且分别关于圆管孔(2)的纵横中心线对称分布。