CN104776735B - 一种湍流板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种湍流板式换热器的技术方案，该方案的湍流板式换热器，用含有能够产生低雷诺数的湍流板片组成，所述板片的形状在波纹凹面的形状函数是，凸面形状函数是，两个曲线在相交部位重合，形成连续的波纹。所述的凸面和凹面形成的连续性波纹构成了板片。当流体流到凸面时，流体承受水压进入凹面，进入凹面的水流因为凹面的特殊结构，将水流抛向凹面的焦点，从凹面抛出的多路水流在焦点相遇后冲击并充分混合，返回的水流又冲击凹面的附面层，反复的冲击使水流充分混合，形成湍流状态，这样形成湍流表征其湍流程度的雷诺数很低，且由于对附面层的有效破坏，使板片表面的换热系数提高到4000 W/（㎡*k）以上，实现了低雷诺数状态下的湍流换热，即实现了流体的低阻流动。

Description

一种湍流板式换热器

技术领域

本发明涉及的是一种板式换热器，尤其是一种湍流板式换热器。

背景技术

板式换热器是间壁式换热器的一种，在板片的两侧流体通过板片交换热量，由于板片的换热面积和换热平均温差是确定的，所以板片换热量的大小就取决于板片表面换热系数的大小，为此将板片表面设计成各种形状，来提高换热系数，如将板片设计成波纹状、人字状、凹陷状等等，这些板片因为对换热面的附面层不能形成有效的控制，使换热器的换热系数最高的只达到2000 W/（㎡*k）左右，目前的技术已经没有办法再将换热系数提高。现有的板式换热器如国家知识产权局专利局授权公开的申请号为201210143544.4号专利技术方案，公开了一种新型板式换热器换热板片，是在板片上设计有若干凹陷，凹陷轴截面的上下底边平行，两侧边对称，所述侧边为曲线，曲线的线型符合以侧边的中心为原点、上下方向为纵轴方向的误差函数，它能相对于管壳式换热器提高板片的换热系数，但相对于板式换热器来讲，提高幅度很小，仍然没有突破上述换热系数的极限。按照水与换热表面的换热系数理论上在2000-10000W/（㎡*k）左右，现有的方法只能达到这个理论值的下限，没有办法再继续提高换热系数，这是现有技术所存在的不足之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种湍流换热的技术方案，该方案将换热器的流道表面设计成波纹状，波纹截面凹面、凸面为特定形状函数，该形状可以将进入凹面的水流抛向水流中心，在顶面与水流中心低温水混合，返回的低温水流进入凸面，在特定函数形状的表面引导下流进凹面，在重复以上过程，在经过这些换热表面后，板片表面的附面层被破坏，这使流体与板片之间和流体内部均进入湍流状态，板片表面流体的温度与流体中心温度变成一致。在这两个特定形状函数表面，流体的紊流变成了湍流，表征湍流的雷诺数却很低，这就使流体在形成湍流的状态下，流体流动阻力又很低，突破了湍流需要高雷诺数的传统换热模式，在这种状态下换热系数能够达到4000W/（㎡*k）以上。上述板片凹面的形状函数是 ，凸面形状函数是，板片的高度随不同需要的板片有不同变化，以适应流动介质的需要。

本方案是通过如下技术措施来实现的：湍流板式换热器用含有能够产生低雷诺数的湍流板片组成，所述板片的形状在波纹凹面的形状函数是，凸面形状函数是，两个曲线在相交部位重合，形成连续的波纹。当流体流到凸面时，流体承受水压进入凹面，进入凹面的水流因为凹面的特殊结构，将水流抛向凹面的焦点，从凹面抛出的多路水流在焦点相遇后冲击并充分混合，返回的水流又冲击凹面的附面层，反复的冲击使水流充分混合，形成湍流状态，这样形成湍流表征其湍流程度的雷诺数很低，且由于对附面层的有效破坏，使板片表面的换热系数提高到4000 W/（㎡*k）以上。所述的凸面和凹面形成的连续性波纹构成了板片，这些连续性的波纹，实现了低雷诺数状态下的湍流换热，并实现了流体的低阻流动。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，在流体流过所述板片凸面时，由于凸面的特殊结构，能够使流体在水压的作用下使流体流向凹面，凹面又将水流很好的混合，有效地破坏了换热表面的附面层形成了湍流状态，不但使换热表面与流体中部的温度变成一致，而且使换热表面与流体中心流体的强烈水流交换，迅速地提高了换热量，即提高了换热器的换热系数。该方案的另外一个重要特点是凹面的特殊结构可以防止流体在凹面形成漩涡，影响流体的换热和流动。由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明：

图1为本发明具体实施方式的结构示意图。

图中，1板片凸面，2为板片凹面，3板片。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。

通过附图可以看出，本方案的湍流板式换热器，用含有能够产生低雷诺数的湍流板片组成，所述板片的形状在波纹凹面的形状函数是，凸面形状函数是，两个曲线在相交部位重合，形成连续的波纹。所述的凸面和凹面形成的连续性波纹构成了板片。当流体流到凸面时，流体承受水压进入凹面，进入凹面的水流因为凹面的特殊结构，将水流抛向凹面的焦点，从凹面抛出的多路水流在焦点相遇后冲击并充分混合，返回的水流又冲击凹面的附面层，反复的冲击使水流充分混合，形成湍流状态，这样形成湍流表征其湍流程度的雷诺数很低，且由于对附面层的有效破坏，使板片表面的换热系数提高到4000 W/（㎡*k）以上，并实现了低雷诺数状态下的湍流换热，即实现了流体的低阻流动。

本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种湍流板式换热器，包括板片由特定形状函数的波纹组成，其特征是：波纹凹面的形状函数是y＝0.618x²，凸面形状函数是y＝-0.7x²，两个曲线在相交部位重合，形成连续的板片波纹；

当流体流到凸面时，流体承受水压进入凹面，进入凹面的水流因为凹面的特殊结构，将水流抛向凹面的焦点，从凹面抛出的多路水流在焦点相遇后冲击并充分混合，返回的水流又冲击凹面的附面层，反复的冲击使水流充分混合，形成湍流状态；

凹面结构防止流体在凹面形成漩涡，影响流体的换热和流动。

2.根据权利要求1所述的湍流板式换热器，其特征是：当流体流过所述板片的表面时形成湍流，破坏了所述板片的表面的附面层，提高换热系数至4000W/(㎡*k)以上。