CN104180700A - 应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片 - Google Patents

应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片 Download PDF

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一种应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片，该翅片的中心处设有容纳铜管的定位孔，翅片的迎风区上沿着温度梯度方向设有若干条用于导热的斜向开缝，背风区上设有若干条竖直开缝，其中：各条斜向开缝于翅片的水平中心线对称分布，且斜缝方向均指向换热管，即翅片的温度梯度方向。本发明能够抑制空气边界层在翅片上的发展，同时能保证翅片具有良好的导热性能。

Description

应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片
技术领域
本发明涉及的是一种管换热器技术领域的装置，具体是一种应用于5mm及以下的小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合开缝形式的翅片。
背景技术
房间空调器的蒸发器与冷凝器大多采用由铜管和铝翅片组成的翅片管换热器，其中的铜管外径一般为7mm及以上。如果将铜管换为外径为5mm及以下的小管径铜管，可以降低换热器的成本和制冷剂的充注量，但却会因为换热面积的减小而影响换热器的性能。因此需要提出针对采用小管径铜管的翅片管换热器的强化传热技术。
提高小管径翅片管换热器的性能的关键是增强空气侧的换热性能，即降低空气侧的热阻，这是因为空气侧的热阻是换热器热阻的主要部分。降低翅片管换热器空气侧热阻的要点为：一是要阻止翅片表面的空气边界层逐渐加厚，二是要让管子与整个翅片均有良好的热传导。
现有降低空气侧热阻的方法大多是在空气流向的垂直方向开缝，以阻止翅片表面的空气边界层逐渐加厚。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN 202008311，公开日2011-10-12，公开了一种翅片管式换热器的翅片，所述翅片在垂直空气流向方向开设条形缝。垂直开缝的翅片虽然能够阻止翅片表面边界层的加厚，但是开缝会隔断换热管与翅片间的热传导，因此导致管子与整个翅片间的导热不够好。
中国专利文献号CN 101726208，公开日2010-6-9，公开了一种铜翅片，所述翅片的主要开缝形式仍为传统的条形缝，其特点在于二个圆管的中间开有斜缝。这种翅片只在较小的局部采用斜缝来避免导热被隔断；翅片的主体中，导热仍然被垂直缝所隔断。
目前的技术没有根据小管径翅片管换热器的要求，提出既能阻止翅片表面的空气边界层加厚，同时也管子与整个翅片均有良好的热传导的高效翅片；因此有必要发明一种用于小管径换热器的高效换热的翅片，既能抑制空气边界层加厚，又能保证翅片具有良好导热性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片，既能抑制空气边界层加厚，又能保证翅片具有良好导热性，从而获得较好的换热性能。
本发明是通过以下技术方案实现的，该翅片的中心处设有容纳铜管的定位孔，翅片的迎风区上沿着温度梯度方向设有若干条用于导热的斜向开缝，背风区上设有若干条竖直开缝，其中：各条斜向开缝于翅片的水平中心线对称分布，且斜缝方向均指向换热管，即翅片的温度梯度方向；各条竖直开缝于翅片的水平中心线对称分布，各条竖直开缝的排列顺序沿着温度梯度方向，使得翅片的导热沿竖直开缝的周边传导。
所述的斜向开缝的形状为长条形，斜向开缝与水平中心线的夹角是20°～80°。
所述的竖直开缝的形状为长条形。
所述的斜向开缝的长度大于竖直开缝的长度。
所述的定位孔的数量为至少1排，当数量为2排以上时，各定位孔交叉排列。
技术效果
与现有技术相比，本发明翅片迎风区的沿温度梯度的斜向开缝能够有效地避免导热被开缝切断；翅片背风区的竖直间断间缝对于空气边界层起到较好的抑制作用，同时其沿着温度梯度的排序能够较好的避免对于导热的隔断。本发明的翅片可以使翅片的换热系数提升了10％；翅片的开缝结构简单，便于加工。
附图说明
图1为本发明翅片的导热和边界层发展示意图；
图2为本发明翅片的结构图；
图3为图2的B部放大图；
图4为图2的A-A向剖视图；
图5为平翅片导热和边界层发展示意图；
图6为传统开缝翅片导热与边界层发展示意图；
图7为本发明的翅片温度分布图和传统翅片温度分布图比较。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例翅片1的中心处设有容纳铜管的定位孔2，翅片1的竖直中心线靠近进风的一侧为迎风区3，竖直中心线的远离进风的一侧为背风区4；在迎风区3上设有若干名较长的斜向开缝5，开缝的倾斜方向沿着温度梯度方向，不会隔断翅片原有的导热；在背风区4上有若干条较短的竖直开缝6，竖直开缝的排列顺序沿着温度梯度方向，可以保证让翅片的导热沿着短直缝的周边翅片进行；斜向开缝5和竖直开缝6的组合形式可以在破坏空气边界层的同时，基本不产生对于导热的隔断作用。
所述的各条斜向开缝5于翅片1的水平中心线对称分布，且斜缝方向均指向换热管。
所述的斜向开缝为长条形，各条斜向开缝方向为翅片的温度梯度方向，与水平中心线的夹角是20°～80°。
所述的各条竖直开缝6于翅片1的水平中心线对称分布，沿翅片的温度梯度方向排列。
所述的竖直间断开缝6的形状为长条形。
所述的各条斜向开缝5的长度大于竖直开缝6。
所述的定位孔2的数量为1排或2排及以上，当数量为2排以上时，各定位孔2交叉排列。
如图1所示，本实施例的翅片1即能保证翅片既能阻止边界层发展又具有较好的导热性。在翅片1的迎风区3，空气和翅片1换热较强，翅片1上存在较大的温度梯度，因此沿着温度梯度方向开斜缝能够避免隔断翅片1上的导热，保证了翅片1具有良好的导热性能，同时能抑制空气边界层的加厚。因此在翅片1的迎风侧开设三条径向斜缝，图1中由换热管指向翅片1迎风侧的箭头曲线表示本实施例的新型组合翅片1具有良好的导热性能。图2显示了翅片在迎风区开缝参数的取值。最外侧斜缝的投影长度i取3mm与翅片1高度方向夹角c取108°；处于中间的斜缝投影长度j取7mm；处于最内侧的径向斜缝投影长度h取4.5mm，与翅片1高度方向夹角d取156°。开设的最外侧斜缝前端与翅片1中线的距离r取7mm，内侧斜缝的前端与翅片1中线的距离q取2.2mm。
在翅片1的背风区4，空气和翅片1换热较弱翅片1上的温度梯度也较小，因此沿着温度梯度方向排列的竖直短缝能够在不隔断翅片1的导热的前提下增强空气的扰动防止边界层发展。因此在翅片1的背风区开设三列竖直间断短缝，图2显示了在翅片背风区开设的竖直短缝的结构参数。靠近换热管的一列短缝长度f取2.5mm，与翅片1中线距离n取1.5mm；靠进翅片1中线的一列短缝长度2e取4mm，开缝宽度m取0.6mm。竖直短缝之间的间距p取0.8mm。
如图1所示，空气在横掠本实施例翅片1时受到开缝的阻碍，边界层的发展受到抑制，换热系数提高；同时本实施例翅片1沿着翅片温度梯度方向开设条缝，保证了良好的导热性能。因此本实施例翅片在导热和换热强度两个方面均具有良好的性能。
图2、图3和图4为本实施例翅片1的结构图。在图2中，定位孔2的孔径s取5.2mm，翅片1定位孔2的列间距a取17mm，翅片1定位孔2的行间距b取14.7mm。翅片1采用两排管布置，翅片1宽度为2*b取为29.4mm。翅片1厚度k取为0.095mm，开缝高度w取为0.5mm。翅片1翻边直径t取6mm，翻边定位孔2直径u取6.9mm。换热器的进风方向如图2中的箭头所示。
如图5所示，平翅片1换热器的翅片1保证了翅片的导热性能，但边界层的发展不受到抑制，换热系数较低。因为平翅片1不开缝，热量可以在翅片1上沿任意方向传导，导热性能较好；但由于空气横掠平翅片1时没有受到任何阻碍，边界层一直在发展，导致边界层加厚，换热系数降低。
如图6所示，传统开缝翅片1能阻止边界层的发展，但翅片1导热被开缝隔断。传统开缝翅片的条缝与翅片1导热方向近似垂直，开缝隔断了热量传导，造成远离铜管的翅片区域得不到换热管的导热，换热量少。图4中由铜管内部指向外部的箭头曲线代表了导热方向，其中在开缝附近的导热曲线由于开缝的存在被隔断，离铜管较远的翅片1两端得不到铜管的导热，使得翅片1两端的温度低，换热效率低。
图7为本实施例的翅片1温度分布图和传统开缝翅片1温度分布图对比。图中A是本实施例的翅片1；图中B是传统开缝翅片。从图中比较可以发现，本实施例翅片1的翅片两端的温度均高于传统翅片1的温度。传统开缝翅片在翅片1的迎风侧等温线方向与开缝方向一致，说明传统翅片的开缝切断了翅片1的导热；这部分区域的翅片1没有得到换热管传导过来的热量，使得这部分的翅片1区域温度较低。本实施例的开缝方向沿着温度梯度方向，没有隔断翅片上的热量传导，保证了翅片具有良好的导热性能。

Claims (6)

1.一种应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片，其特征在于：该翅片的中心处设有容纳铜管的定位孔，翅片的迎风区上沿着温度梯度方向设有若干条用于导热的斜向开缝，背风区上设有若干条竖直开缝，其中：各条斜向开缝于翅片的水平中心线对称分布，且斜缝方向均指向换热管，即翅片的温度梯度方向，各条竖直开缝于翅片的水平中心线对称分布，各条竖直开缝的排列顺序沿着温度梯度方向，使得翅片的导热沿竖直开缝的周边传导。
2.根据权利要求1所述的应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片，其特征是，所述的斜向开缝的形状为长条形，斜向开缝与水平中心线的夹角是20°～80°。
3.根据权利要求1所述的应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片，其特征是，所述的竖直开缝的形状为长条形。
4.根据权利要求1所述的应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片，其特征是，所述的斜向开缝的长度大于竖直开缝的长度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片，其特征是，所述的定位孔的数量为至少1排。
6.根据权利要求1-4任一项所述的应用于小管径换热器的径向斜缝和竖直间断缝组合的翅片，其特征是，所述的定位孔数量为2排以上时，各定位孔交叉排列。
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