CN104110988B - 圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片 - Google Patents

Abstract

一种圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片。在翅片(1)上按照既定流线冲压出流线型正/余弦形凸波纹(4)和流线型正/余弦形凹波纹(5)；其既定流线是翅片(1)所对应管翅式换热器翅片侧通道内沿管轴向中心截面上管尾不出现回流的流线。同一条流线型正/余弦形凸波纹(4)的波峰连线为既定流线；同一条流线型正/余弦形凹波纹(5)的波谷连线为既定流线。流线型正/余弦形凸波纹(4)和流线型正/余弦形凹波纹(5)的波幅沿纵向以波形(16)变化，波幅沿横向以波形(17)包络波纹谷峰变化。当流体流经流线型正/余弦形波纹翅片时，部分流体沿着流线型正/余弦形凸波纹(4)和流线型正/余弦形凹波纹(5)形成的通道流动，减小了流动阻力，提高了翅片的换热能力。

Description

圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片

技术领域

本发明涉及一种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正/余弦形波纹翅片。

背景技术

圆管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。圆管管翅式换热器空气侧的换热系数比液体工质侧的小得多，因此减小空气侧的热阻对提高换热器整体换热性能是非常重要的。而强化传热型翅片可以通过增加翅片的换热面积和加强空气侧的气流扰动来提高换热器的换热性能。因此，近年来各类形状的强化翅片，比如百叶窗、开缝、横向波纹、涡产生器等强化翅片在换热器中的应用越来越广泛。

圆管管翅式换热器现用翅片强化传热技术在强化翅片表面传热的同时，翅片表面突起物引起的流体扰动也造成较大局部压力损失，没有明显地改善流体在翅片侧通道流动的流线性，使得流体流经管翅式换热器时的压力损失较大。

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正/余弦形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正/余弦形凸波纹4和流线型正/余弦形凹波纹5；同一条正/余弦形凸波纹4的波峰连线为既定流线；同一条正/余弦形凹波纹5的波谷连线为既定流线，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，依据流函数值确定，流线是翅片1所对应管翅式换热器翅片侧通道内沿管轴向中心截面上管尾不出现回流的流线。

流线型正/余弦形凸波纹4和正/余弦形凹波纹5的波幅在纵向以波形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。

不同的流线型正/余弦形凸波纹4和正/余弦形凹波纹5的波幅沿横向按波形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的正/余弦形凸波纹4、正/余弦形凹波纹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的正/余弦形凸波纹4、正/余弦形凹波纹5的横断面型线为正/余弦形型线。其正/余弦形型线的确定方法是：先把既定流线9、既定流线10、既定流线11、既定流线12、既定流线13、既定流线14和既定流线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9′、点10′、点11′、点12′、点13′、点14′和点15′，按波幅大小垂直中心面O—O向上移动交点10′，交点12，交点14′分别到10″，12″，14″，向下移动交点11′，13′分别到11″，13″，最后通过点9′和点10″按π/2周期以正/余弦函数确定点9′到点10″段的型线方程，分别通过点10″和点11″，点11″和点12″，点12″和点13″，点13″和点14″，按π周期以正/余弦函数确定各段的型线方程，通过点14″和点15′按π/2周期以正/余弦函数确定点14″到点15′段的型线方程。

所述的流线型翅片1的正/余弦形凸波纹4、正/余弦形凹波纹5间距或数目依据波纹区域边界8的流函数值确定。

所述的流线型翅片1上冲压出的正/余弦形凸波纹4、正/余弦形凹波纹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。

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。

流线型正/余弦形翅片与管子组装后，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正/余弦形凸凹波纹连续不断的引导，部分流体沿着既定流线流动,减小了流动阻力。同时，流线型正/余弦形波纹波幅沿着既定流线方向按曲线波形16周期变化及不同波纹波幅沿横向按波形17包络波纹谷峰变化进一步减小了流动阻力。翅片表面正/余弦形凸凹波纹增加了翅片表面面积，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正/余弦形波纹翅片。

图2是正/余弦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.正/余弦形凸波纹；5.正/余弦形凹波纹；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既定流线；点9′—点15′是放置在O—O面上的既定流线9—15和横截面A—A的交点；点10″—点14″是按波幅大小垂直中心面O—O上下移动点10′—点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、冲压出的流线型正/余弦形凸波纹4、正/余弦形凹波纹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的顶部往外翻有一翻边7，便于翅片穿管和翅片定位。流线型正/余弦形凸波纹4(实线)与正/余弦形凹波纹5(虚线)按照流函数值在波纹区域边界8之间相间分布，且分别关于孔2的纵、横中心线对称分布。流线型正/余弦形凸波纹4与正/余弦形凹波纹5沿着既定流线走向从气流入口到出口连续分布。流线型正/余弦形凸波纹4与正/余弦形凹波纹5的波幅沿着纵向按曲线波形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。不同的流线型正/余弦形凸波纹4和正/余弦形凹波纹5的波幅沿横向按波形17包络波纹谷峰的变化，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。依据先把既定流线9、既定流线10、既定流线11、既定流线12、既定流线13、既定流线14和既定流线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9′、点10′、点11′、点12′、点13′、点14′和点15′，按波幅大小垂直中心面O—O向上移动交点10′，交点12，交点14′分别到10″，12″，14″，向下移动交点11′，13′分别到11″，13″，最后通过点9′和点10″按π/2周期以正/余弦函数确定点9′到点10″段的型线方程，分别通过点10″和点11″，点11″和点12″，点12″和点13″，点13″和点14″，按π周期以正/余弦函数确定各段的型线方程，通过点14″和点15′按π/2周期以正/余弦函数确定点14″到点15′段的型线方程。

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。

流线型正/余弦形波纹翅片的工作原理是：当流体在流线型正/余弦形波纹翅片之间的通道内流动时，通过翅片表面的横断面为正/余弦形凸波纹4和正/余弦形凹波纹5的连续不断的引导，通道内流体主要在流线型正/余弦形凸波纹4和正/余弦形凹波纹5形成的通道内平稳流动，流量分配较为均匀，有效抑制了圆管尾部流体的脱体，明显减小了流动阻力。流线型正/余弦形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，流线型正/余弦形的凸波纹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正/余弦形波纹翅片具有较好的流动与传热性能。

Claims (7)

1.圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片，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正/余弦形凸波纹(4)和流线型正/余弦形凹波纹(5)，流线型正/余弦形凸波纹(4)、流线型正/余弦形凹波纹(5)的横断面型线为正/余弦形型线；流线型正/余弦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′)分别到点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″)，最后通过点ⅰ(9′)、点Ⅱ(10″)按π/2周期以正/余弦函数确定点ⅰ(9′)到点Ⅱ(10″)段的型线方程，分别通过点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″)，按π周期以正/余弦函数确定各段的型线方程，通过点Ⅵ(14″)和点ⅶ(15′)按π/2周期以正/余弦函数确定点Ⅵ(14″)到点ⅶ(15′)段的型线方程；同一条流线型正/余弦形凸波纹(4)的波峰连线为既定流线；同一条流线型正/余弦形凹波纹(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内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所述圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片，波纹区域边界(8)是既定流线，在冲压前翅片中心面O—O上，依据流函数值确定。

3.根据权利要求1所述圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片，其特征是流线型正/余弦形凸波纹(4)、流线型正/余弦形凹波纹(5)沿纵向的波幅以波形(16)变化。

4.根据权利要求1所述圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片，其特征是流线型正/余弦形凸波纹(4)、流线型正/余弦形凹波纹(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所述圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片，其特征是流线型正/余弦形凸波纹(4)、流线型正/余弦形凹波纹(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所述圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片，其特征是流线型正/余弦形凸波纹(4)、流线型正/余弦形凹波纹(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所述圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片，其特征是冲压出的流线型正/余弦形凸波纹(4)、流线型正/余弦形凹波纹(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。