CN109737791B - 一种梯形波纹与异形环管结构复合翅片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种梯形波纹与异形环管结构复合翅片，包括翅片基体、换热管孔、梯形波纹、异形环管结构和导流槽结构。翅片基体为平直翅片，异形环管结构的顶部折面为等腰梯形结构，在靠近换热管孔一侧为圆锥面，在远离换热管孔的一侧为多段倾斜折面或曲面；在管孔连线方向上，通过梯形波纹将异形环管结构相连接；导流槽结构位于异形环管凸起结构上位于换热管孔前侧和后侧的部分。优点是：换热效率高、成本低；本发明对梯形波纹的尺寸进行了优化设计，有效地加强了流道中流体的扰动，显著提升了翅片的换热能力。

Description

一种梯形波纹与异形环管结构复合翅片
技术领域
本发明属于强化换热技术领域，特别涉及一种梯形波纹与异形环管结构复合翅片。
背景技术
翅片管换热器在空调器、暖通设备、制冷装置等中有着广泛的应用,我国对换热器的需求持续稳定增长。翅片管换热器的热阻主要集中于管外的空气侧，管外热阻可以占到总热阻的80％～90％，优化翅片结构可以有效改善换热器的传热性能。
换热器翅片形式多样，其中连续翅片有平直翅片、波纹翅片，间断翅片有百叶窗翅片、开缝翅片等。这些翅片大大增加了换热器空气侧的换热面积，同时增强了对流体的扰动，凸起和狭缝等局部复杂结构能够打断了边界层的发展，减薄边界层，从而强化换热。但开缝结构往往导致翅片间的通流间隙减小，从而使得翅片在结霜工况下容易被霜层堵塞，从而降低翅片在结霜工况下的换热能力。同时复杂的翅片结构往往造成流动阻力增加较大。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种梯形波纹与异形环管结构复合翅片，考虑流动阻力的影响，尽量在不开窗和不开缝的条件下改进翅片的结构，从而降低结霜问题对翅片换热能力的影响，在对流动阻力影响较小的条件下有效提高翅片的换热能力，既减小了换热管尾涡，又增加了主流扰动。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种梯形波纹与异形环管结构复合翅片，包括翅片基体1，翅片基体1上有若干换热管孔2，绕每个换热管孔2设置有异形环管结构4，相邻异形环管结构4之间以梯形波纹3连接。
所述翅片基体1为平直的片状结构，所述换热管孔2位于翅片基体1的宽度方向对称线上。
每个所述异形环管结构4关于相应的换热管孔2的中心对称。
每个所述异形环管结构4上开有沿翅片基体1宽度方向的导流槽结构5，将每个所述异形环管结构4均分为两部分。
所述导流槽结构5位于异形环管结构4上位于换热管孔2前侧和后侧的部分，导流槽结构5与异形环管结构4两侧的凸起结构以斜面连接，导流槽结构5的宽度为1.5-2.5mm。
所述梯形波纹3是指沿其所连接的两个异形环管结构4的中垂线的截面为梯形。
所述梯形波纹3截面梯形的底角为10-20°，高度与翅片间距的比值为0.5-0.8，顶边长度为1-3mm。
所述换热管孔2中的换热管管径为7mm，换热管孔2的孔距为21mm，所述翅片基体1厚度为0.09-0.11mm，宽度为21.65mm，换热管轴向上相邻两层翅片的间距为1.2-1.6mm。
所述异形环管结构4的顶部折面为等腰梯形结构，梯形底角为10-20°，梯形顶边宽度为1-2mm，梯形高度与翅片间距的比值为0.45-0.85。
所述异形环管结构4的内侧面为圆锥面，圆锥面与换热管共轴，锥面母线与换热管孔2轴线的夹角为45°；异形环管结构4的外侧面为多段倾斜折面，沿流线方向布置。
本发明梯形波纹与异形环管结构复合翅片与现有翅片相比，具有以下优点：
1)远离换热管孔的翅片外侧主体上为平片结构，有效降低了流动阻力；
2)换热管圆周的异形环管凸起结构，其内侧的圆锥面能够有效的进行引流，引导流速较高的流体冲击管后尾涡区，抑制管后尾涡的发展，且其梯形折面结构可以增强流体扰动，并扩展换热面积，从而显著提高换热性能；
3)翅片上与异形环管结构相连接的梯形波纹结构，一方面能够增强流体扰动，增强翅片的换热能力，另一方面能够提高翅片的结构强度，同时梯形波纹的底角较小，对流动阻力影响较小；
4)在管前及管后布置导流槽结构，可以减小阻力，提升换热能力，同时易于排水。
附图说明
图1为本发明梯形波纹与异形环管结构复合翅片的俯视图。
图2为本发明梯形波纹与异形环管结构复合翅片的单管俯视图。
图3为本发明梯形波纹与异形环管结构复合翅片的单管A-A截面剖视图。
图4为本发明梯形波纹与异形环管结构复合翅片的单管B-B截面剖视图。
附图标记：翅片基体-1；换热管孔-2；梯形波纹-3；异形环管结构-4；导流槽结构-5。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
参见图1至图4，本发明的主要目的在于提供一种梯形波纹与异形环管结构复合翅片，包括翅片基体1，在翅片基体1上设置有换热管孔2、梯形波纹3、异形环管结构4和导流槽结构5。
下面介绍这一实施例的具体结构以及参数。
翅片基体1为平直的片状结构，在介绍中，以其长度方向为横向，宽度方向为纵向，以靠近换热管孔2方向为内侧，远离换热管孔2的方向为外侧。
换热管孔2有若干个，均匀分布位于翅片基体1的纵向对称线上，围绕每个换热管孔2设置一个异形环管结构4，相邻的异形环管结构4之间以梯形波纹3连接，梯形波纹3是指其纵向截面为梯形。每个异形环管结构4上开有沿翅片基体1宽度方向的导流槽结构5，导流槽结构5横向截面呈倒梯形，位于异形环管结构4上，分布在换热管孔2前侧和后侧，即将每个异形环管结构4均分为两部分。
异形环管结构4能够引流并抑制尾涡的发展，有效强化换热，有较好的排水能力，梯形波纹3能够强化流体扰动，增强换热，同时能够有效提高翅片强度。
换热管孔2中的换热管管径为7mm，孔距为21mm。翅片基体1的厚度为0.09-0.11mm；宽度为21.65mm，翅片间距为1.2-1.6mm。
梯形波纹3的截面梯形的底角为10-20°，高度与翅片间距的比值为0.5-0.8，顶边长度为1-3mm。
每个异形环管结构4均关于相应的换热管孔2的中心对称，其顶部折面为等腰梯形结构，梯形底角为10-20°，梯形顶边宽度为1-2mm，梯形高度与翅片间距的比值为0.45-0.85。异形环管结构4的内侧面为圆锥面，圆锥面与换热管共轴，锥面母线与换热管孔2的轴线的夹角为45°；异形环管结构4的外侧面为多段倾斜折面，沿流线方向布置。
导流槽结构5与异形环管结构4两侧的凸起结构以斜面连接，导流槽结构5的顶边宽度为1.5-2.5mm，底角为40-60°。
在本发明的一个具体实例中，翅片基体1为平直翅片，翅片宽度为21.65mm，孔距为21mm，翅片厚度为0.1mm，换热管管径为7mm。异形环管结构4的顶部折面有两个相连接的等腰梯形构成，等腰梯形的底角为15°，高度为0.95mm，底边长8.343mm。异形环管结构4的内侧表面是圆锥面的一部分，圆锥面的半锥顶角为45°，圆锥面内侧为与翅片基体1处于同一平面的正圆环状平面，环面外半径为5mm。异形环管结构4的外侧表面由3段与翅片基体夹角为60°的斜面构成，3段斜面关于过换热管孔2轴线的横截面对称；中间斜面与翅片基体1的交线为翅片的纵向方向，与换热管孔2的中心距离为7mm，交线长度为7mm；前后两段斜面与翅片基体的交线与翅片纵向夹角为30°。导流槽结构5为倒梯形，底边为2mm，底角为60°。相邻管间的异形环管结构4与梯形波纹3相连接。梯形波纹3的底角为15°，高度为1.12mm，底边长为2.239mm。
本发明的异形环管结构翅片的工作原理为：来流进入流道后，一部分流体直接从换热管前导流槽进入异形环管结构内侧，一部分流体从异形环管结构前方较缓的斜面翻入内侧，汇流在一起绕流换热管并被引导至管后冲刷尾涡，压缩了尾涡的发展，同时流体在翻入翻出异形环管结构时扰动得到增强，强化换热，流体在尾涡处汇合后从管后导流槽附近流出，降低了流动阻力，减少了压力损失。同时导流槽的存在还有利于排水，延缓结霜。在远离换热管孔的翅片外侧主体上为平片结构，有效降低了流动阻力，同时在中间布置梯形波纹，能够起到扰流作用，进一步提升换热性能。同时翅片梯形波纹的存在能够有效提高翅片的结构强度。上述不同结构设计特点共同作用，从而达到有效强化换热同时翅片具有较高结构强度的目的。

Claims (4)

1.一种梯形波纹与异形环管结构复合翅片，包括翅片基体(1)，翅片基体(1)上有若干换热管孔(2)，绕每个换热管孔(2)设置有异形环管结构(4)，相邻异形环管结构(4)之间以梯形波纹(3)连接，其特征在于，所述翅片基体(1)为平直的片状结构，所述换热管孔(2)位于翅片基体(1)的宽度方向对称线上，所述异形环管结构(4)的内侧面为圆锥面，圆锥面与换热管共轴，锥面母线与换热管孔(2)轴线的夹角为45°；异形环管结构(4)的外侧面为多段倾斜折面，沿流线方向布置，每个所述异形环管结构(4)上开有沿翅片基体(1)宽度方向的导流槽结构(5)，将每个所述异形环管结构(4)均分为两部分，所述导流槽结构(5)在异形环管结构(4)上位于换热管孔(2)前侧和后侧的部分，导流槽结构(5)与异形环管结构(4)两侧的凸起结构以斜面连接，导流槽结构(5)的宽度为1.5-2.5mm；所述梯形波纹(3)是指沿其所连接的两个异形环管结构(4)的中垂线的截面为梯形；所述异形环管结构(4)的顶部折面为等腰梯形结构，梯形底角为10-20°，梯形顶边宽度为1-2mm，梯形高度与翅片间距的比值为0.45-0.85。
2.根据权利要求1所述梯形波纹与异形环管结构复合翅片，其特征在于，每个所述异形环管结构(4)关于相应的换热管孔(2)的中心对称。
3.根据权利要求1所述梯形波纹与异形环管结构复合翅片，其特征在于，所述梯形波纹(3)截面梯形的底角为10-20°，高度与翅片间距的比值为0.5-0.8，顶边长度为1-3mm。
4.根据权利要求1所述梯形波纹与异形环管结构复合翅片，其特征在于，所述换热管孔(2)中的换热管管径为7mm，换热管孔(2)的孔距为21mm，所述翅片基体(1)厚度为0.09-0.11mm，宽度为21.65mm，换热管轴向上相邻两层翅片的间距为1.2-1.6mm。
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