CN107228576A - 一种基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体。该基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体对逆流式气液两侧锯齿翅片通道结构进行特殊设计，采用逆流方式布置气体和液体的流动方向，并且翅片长度在工质流动方向上呈现递减趋势。本发明利用工质入口段对流换热能力较强而压力损失较大的特点，通过在该区域内设置较长的翅片保证该区域换热能力较强而压力损失相对较小，而在远离入口段处，通过设置较短的翅片长度以实现对该区域边界层高频率地破坏从而强化其换热能力，虽然会导致局部流动损失增加但由于入口段处的压力损失相对较小，故通道整体的压力损失相对翅片长度均匀分布的通道相差不大而换热得以强化。

Description

一种基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体

技术领域

本发明涉及间冷器技术，尤其涉及一种基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体。

背景技术

燃气轮机间冷循环一种可有效提高船用燃机功率的循环方式，它利用双回路系统实现对低压压气机出口处的空气进行冷却，从而降低高压压气机耗功，最终实现提高输出功率的目标。

双回路其中之一便是机上水/乙二醇-空气间冷系统，间冷器芯体性能好坏对于该系统能否高效运行至关重要。

对于间冷器芯体而言，应该尽可能的降低气体出口温度，同时减小气体的流动损失。

由于锯齿翅片的特殊结构，流体能够在通道中形成强烈的扰动，使得边界层不断的破坏和再生，从而能有效降低热阻，多用于气侧强化对流换热。

但是锯齿翅片也会引起较大的压力损失，使得高压压气机入口处的压力降低，为了保证总增压比恒定，高压压气机压比相应有所增加最终使得其耗功增加，而这与间冷循环的初衷是相违背的。因此间冷器只有在降低气体温度的同时具有较小的压力损失才符合间冷燃机的设计要求，为此需要对间冷器芯体进行优化设计，保证其具有良好的流动和换热特性。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体，以至少解决现有燃气轮机间冷循环所采用的锯齿翅片会引起较大的压力损失的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体，包括多个隔板、封条、液侧锯齿翅片、第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片，多个隔板包括从上到下依次平行布置的第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板；多个隔板具有相同尺寸，且多个隔板的各板面之间对齐；封条用于设置在多个隔板的两侧进行密封；第一隔板与第二隔板之间设有第一气侧锯齿翅片，第二隔板与三隔板之间设有液侧锯齿翅片，而第三隔板与第四隔板之间设有第二气侧锯齿翅片；第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片中的气体流动方向与液侧锯齿翅片中的液体流动方向相反；第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片各自包含的多段翅片沿其各自的气体流动方向上的长度递减；液侧锯齿翅片所包含的多段翅片沿其液体流动方向上的长度递减。

进一步地，液侧锯齿翅片的翅片高度小于第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片的翅片高度。

进一步地，第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片分别包括沿气体流动方向上分布的71段翅片，第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片分别包括的71段翅片中的入口端翅片长度为10毫米、出口端翅片长度为3毫米，第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片分别包括的71段翅片的长度从入口端至出口端依次递减0.1毫米。

进一步地，液侧锯齿翅片包括沿液体流动方向上分布的71段翅片，液侧锯齿翅片包括的71段翅片中的入口端翅片长度为10毫米、出口端翅片长度为3毫米，液侧锯齿翅片包括的71段翅片的长度从入口端至出口端依次递减0.1毫米。

本发明的基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体，在其气液两侧沿着工质流动方向翅片长度不断减小，以提升锯齿翅片流动充分发展段的换热性能，加剧对流体的扰动，使得其边界层被破坏的频率提升。该逆流式间冷器芯体，能够克服现有锯齿翅片压力损失较大的缺点，通过合理布置翅片长度实现强化换热的同时降低流动损失的目的。

本发明的优点在于既保留了锯齿翅片强化换热的特性，同时针对其流动充分发展段换热能力较弱的情况，通过减小翅片长度使得流体边界层被破坏的频率得以增加，以实现提升流动充分发展段的换热能力。

虽然翅片间距减小会使得流动充分发展段的流动损失增加，但是由于本发明在入口段处的翅片长度较大因而其流动损失小于翅片长度均匀分布的方案，最终经计算本专利所述的间冷器芯体综合换热性能好于翅片长度均匀分布的间冷器芯体。

通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：

图1是示意性地示出本发明的基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体的一个示例的结构图；

图2为锯齿翅片结构参数名称；

图3为气侧翅片示意图；

图4为液侧翅片示意图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明的实施例提供了一种基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体，包括多个隔板、封条、液侧锯齿翅片、第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片，多个隔板包括从上到下依次平行布置的第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板；多个隔板具有相同尺寸，且多个隔板的各板面之间对齐；封条用于设置在多个隔板的两侧进行密封；第一隔板与第二隔板之间设有第一气侧锯齿翅片，第二隔板与三隔板之间设有液侧锯齿翅片，而第三隔板与第四隔板之间设有第二气侧锯齿翅片；第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片中的气体流动方向与液侧锯齿翅片中的液体流动方向相反；第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片各自包含的多段翅片沿其各自的气体流动方向上的长度递减；液侧锯齿翅片所包含的多段翅片沿其液体流动方向上的长度递减。

图1给出了本发明的基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体的一个示例的结构图。

如图1所示，在该示例中，基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体包括多个隔板1、封条2、液侧锯齿翅片3和气测锯齿翅片4。其中，气测锯齿翅片4包括第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片。

如图1所示，多个隔板1包括从上到下依次平行布置的第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板。

其中，多个隔板1具有相同尺寸，且多个隔板1的各板面之间对齐。

封条2用于设置在多个隔板1的两侧进行密封。

第一隔板与第二隔板之间设有第一气侧锯齿翅片，第二隔板与三隔板之间设有液侧锯齿翅片，而第三隔板与第四隔板之间设有第二气侧锯齿翅片。图2为锯齿翅片的结构示意图。

第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片中的气体流动方向与液侧锯齿翅片3中的液体流动方向相反。

图3示出了第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片中每一个气测锯齿翅片的结构示意图。如图3所示，第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片各自包含的多段翅片沿其各自的气体流动方向上的长度递减。

图4示出了液侧锯齿翅片的结构示意图。如图4所示，液侧锯齿翅片所包含的多段翅片沿其液体流动方向上的长度递减。

因此，在本发明的上述基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体中，由于液侧锯齿翅片中的液体流动方向与第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片中的气体流动方向是反向(即逆向)的，所以，液侧锯齿翅片中的入口翅片(也就是长度最大的翅片)对应于第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片中的出口翅片(也就是长度最小的翅片)，而液侧锯齿翅片中的出口翅片(也就是长度最小的翅片)对应于第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片中的入口翅片(也就是长度最大的翅片)。

也就是说，参考图2，气液两侧均为锯齿翅片，并且沿着工质流动流动方向翅片长度不断减小，也即L_in＞L_out。

根据一个实现方式，液侧锯齿翅片的翅片高度小于第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片的翅片高度。

此外，根据一个实现方式，对于液侧锯齿翅片和第一、第二气测锯齿翅片中的每组锯齿翅片，其芯体材料均为铜镍合金，其翅片的结构参数分别为：封条、隔板的厚度分别为0.5毫米，翅片厚度(Ft)为0.2毫米，翅片间距(Fs)为1.8毫米，气液两侧高度(Fh)分别为7.8毫米以及1.8毫米。翅片起始长度Lin＝10毫米，然后沿着流动方向每节递减0.1微米直至最后一节Lout＝3毫米，共计71段流动方向上总长度(L)为461.5毫米。

也就是说，第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片分别包括沿气体流动方向上分布的71段翅片，该71段翅片中的入口端翅片长度为10毫米、出口端翅片长度为3毫米，该71段翅片的长度从入口端至出口端依次递减0.1毫米，该71段流动方向上总长度(L)为461.5毫米。

此外，液侧锯齿翅片包括沿液体流动方向上分布的71段翅片，该71段翅片中的入口端翅片长度为10毫米、出口端翅片长度为3毫米，该71段翅片的长度从入口端至出口端依次递减0.1毫米，该71段流动方向上总长度(L)为461.5毫米。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体，包括多个隔板、封条、液侧锯齿翅片、第一气侧锯齿翅片和第二气侧锯齿翅片，所述多个隔板包括从上到下依次平行布置的第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板；所述多个隔板具有相同尺寸，且所述多个隔板的各板面之间对齐；所述封条用于设置在所述多个隔板的两侧进行密封；所述第一隔板与所述第二隔板之间设有第一气侧锯齿翅片，所述第二隔板与所述三隔板之间设有液侧锯齿翅片，而所述第三隔板与所述第四隔板之间设有第二气侧锯齿翅片；其特征在于：

所述第一气侧锯齿翅片和所述第二气侧锯齿翅片中的气体流动方向与所述液侧锯齿翅片中的液体流动方向相反；所述第一气侧锯齿翅片和所述第二气侧锯齿翅片各自包含的多段翅片沿其各自的气体流动方向上的长度递减；所述液侧锯齿翅片所包含的多段翅片沿其液体流动方向上的长度递减。

2.根据权利要求1所述的基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体，其特征在于，所述液侧锯齿翅片的翅片高度小于所述第一气侧锯齿翅片和所述第二气侧锯齿翅片的翅片高度。

3.根据权利要求1所述的基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体，其特征在于，所述第一气侧锯齿翅片和所述第二气侧锯齿翅片分别包括沿气体流动方向上分布的71段翅片，所述第一气侧锯齿翅片和所述第二气侧锯齿翅片中各自71段翅片中的入口端翅片长度为10毫米、出口端翅片长度为3毫米，所述第一气侧锯齿翅片和所述第二气侧锯齿翅片中各自71段翅片的长度从入口端至出口端依次递减0.1毫米。

4.根据权利要求3所述的基于变长度锯齿翅片的逆流式间冷器芯体，其特征在于，所述液侧锯齿翅片包括沿液体流动方向上分布的71段翅片，所述液侧锯齿翅片的71段翅片中的入口端翅片长度为10毫米、出口端翅片长度为3毫米，所述液侧锯齿翅片的71段翅片的长度从入口端至出口端依次递减0.1毫米。