CN110207529A - 一种采用变高度连续凸起的高强度换热翅片 - Google Patents

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Abstract

一种采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，所述换热翅片包括翅片基体、换热管、折边结构、低凸起结构、过渡斜坡结构、高凸起结构和弧形连接结构；所述翅片基体上设围绕管孔布置的变高度连续凸起结构；所述低凸起结构与高凸起结构之间通过过渡斜坡结构连接；所述翅片采用折边结构和弧形连接结构来提升强度。所述变高度连续凸起的高强度换热翅片，通过变高度可以实现强化换热与减阻的协同作用，且连续凸起能够有效增强翅片的强度。

Description

一种采用变高度连续凸起的高强度换热翅片
技术领域
本发明属于换热器技术领域，涉及一种适用于暖通空调、制冷、化工、汽车等各行业的管翅式换热器翅片，特别涉及一种采用变高度连续凸起的高强度换热翅片。
背景技术
换热器是空调中重要的部件之一，它的性能好坏直接影响到空调的整体效能。随着我国对家用空调能效的要求越来越高，尤其是如何在低成本的情况下，提高换热器的性能更是分析研究的重点。目前空调中主要采用管翅式换热器，由于空气侧传热性能较差，这种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％，所以，优化管外的翅片结构将会有效改善换热器的传热性能。换热器翅片的形式有多种多样，由最初的平板翅片、波纹翅片，到后来发展的百叶窗翅片、开缝翅片等。这些翅片增加了换热器空气侧的换热面积，同时还增强了对流体的扰动，大大强化了换热器的换热性能。但是，传统的开缝或百叶窗翅片通常适用于非结霜工况的传热强化，因为传统的开缝或百叶窗翅片强化结构常常在结霜工况下容易被霜层堵塞，从而降低了翅片的换热性能。
现有的常规翅片强化结构，虽然提高了非结霜工况下的换热性能，但在结霜工况下翅片缝隙往往容易被霜层堵塞，从而降低了结霜工况下的换热性能。因此，本发明中尽量在不开窗和不开缝的条件下改进翅片的结构，同时满足加工工艺的翅片对称性和高强度要求，从而降低结霜问题对翅片换热能力的影响。
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采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，实现强化换热与减阻的协同作用，且连续凸起能够有效增强翅片的强度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，包括翅片基体1，在翅片基体1上有供换热管穿过的换热管孔6，其特征在于，在翅片基体1上环绕换热管孔6设置有变高度连续凸起结构。该翅片通过变高度可以实现强化换热与减阻的协同作用，且连续凸起能够有效增强翅片的强度。
所述变高度连续凸起结构包括两段对称的低凸起结构3和两段对称的高凸起结构7，相邻的低凸起结构3和高凸起结构7之间通过过渡斜坡结构5连接。
相邻的变高度连续凸起结构之间通过设置在翅片基体1上的两段对称的弧形连接结构4连接。
所述弧形连接结构4的高度为0.3～0.6mm，侧面与翅片基体1表面的夹角均为20～30°，内半径为3.0～5.0mm，外半径为5.0～8.0mm，圆心位于相邻换热管孔6的连线中心点。
所述换热管的管径为7mm或7.94mm；所述翅片基体1的厚度为0.09～0.11mm；所述翅片基体1的间距为1.3～1.6mm；所述翅片基体1的宽度为18.19～21.65mm；所述换热管孔6的孔距为21～23mm。
所述低凸起结构3的高度为0.3～0.6mm，底面宽度为1.5～2.5mm，侧面与翅片基体1表面的夹角均为45～60°；所述高凸起结构7的高度为0.7～1.0mm，底面宽度为2.5～4.5mm，侧面与翅片基体1表面的夹角均为45～60°，所述过渡斜坡结构5的斜面角度为30～45°，侧面与翅片基体1表面的夹角均为45～60°，其宽度与低凸起结构3和高凸起结构7呈连续过渡。
所述翅片基体1的边沿设置有折边结构2。
所述折边结构2的垂直高度为0.3～0.5mm，坡度为20～30°，斜坡下边线与翅片边缘的距离为0.5～1.5mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)在换热管的圆周设置凸起结构，能够有效地增强流体的扰动，增加流体与换热管表面的冲刷强度，且减少流体在换热管后的尾涡区，减小了管后的流动死区，可以有效地强化换热及减小阻力。
2)在相邻换热管的对称轴方向上，设置两个弧形连接结构，可以增强流体在主流方向上的扰动，进一步地强化换热。
3)换热管圆周设置连续凸起结构，能够增强翅片的强度，更易于加工；同时，在连续凸起中，换热管正前方和正后方采用低凸起结构，使得流体更易于进入换热管与凸起的间隙通道进行换热，且流体更易于流出尾涡，限制尾涡区的发展。
4)在连续凸起的内外侧面采用一定的倾角，可以使得一部分流体进入尾涡，一部分流体翻过凸起进入主流，保证翅片不会造成较大的流体阻力。
5)在翅片前缘和后缘设置折边结构，能够进一步地增强翅片强度。
附图说明
图1为本发明的实施例的俯视图。
图2为本发明的实施例的A-A剖面视图。
图3为本发明的实施例的B-B剖面视图。
图4为本发明的实施例的C-C剖面视图。
图5为本发明的实施例的轴测图。
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5，是本发明的变高度连续凸起高强度换热翅片的实施例，该翅片的主要特征包括：翅片基体1；折边结构2；低凸起结构3；弧形连接结构4；过渡斜坡结构5；换热管孔6；高凸起结构7。
翅片基体1为平直结构，其长度方向边沿设置有折边结构2，换热管孔6在翅片基体1上有供换热管穿过，在翅片基体1上环绕换热管孔6设置变高度连续凸起结构。两段对称的上述低凸起结构3和两段对称的上述高凸起结构7，以及用于连接相邻的低凸起结构3和高凸起结构7的过渡斜坡结构5，构成了变高度连续凸起结构的主体。相邻的变高度连续凸起结构之间通过设置在翅片基体1上的两段对称的弧形连接结构4连接。
下面介绍实施例的具体结构参数，在介绍中，以翅片宽度方向为纵向，翅片长度方向为横向，以靠近换热管孔方向为内侧，远离换热管孔的方向为外侧：翅片基体为平直翅片，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。低凸起结构3的高度为0.3mm，底面宽度为1.8mm，侧面与翅片表面的夹角均为45°。高凸起结构7的高度为0.9mm，底面宽度为3.2mm，侧面与翅片表面的夹角均为45°。过渡斜坡结构5的斜面角度为30°，侧面与翅片表面的夹角均为45°，其宽度与低凸起结构3和高凸起结构7呈连续过渡。弧形连接结构4的高度为0.3mm，侧面与翅片表面的夹角均为30°，内半径为5.0mm，外半径为7.5mm，对应圆心位于两管连线的中心点。所述折边结构2的垂直高度为0.3mm，坡度为20°，斜坡下边线与翅片边缘的距离为1.0mm。
采用ANSYS FLUENT软件对该实施例和行业已经采用的折边平直翅片的流动换热性能进行数值计算。计算条件为：空气流速1.597m/s，进口温度308K，换热管壁面温度318.5K，采用稳态、常物性的SST k-w模型。通过有限容积法对控制方程进行离散，压力与速度的耦合采用SIMPLE算法。模拟考虑翅片厚度的影响，换热翅片壁面为速度无滑移固体边界，翅片表面温度由流固换热耦合计算得出。对于动量以及能量方程，扩散项采用中心差分格式，对流项采用二阶迎风差分格式。当连续性方程、动量方程以及能量方程的残差均低于10-6时，认为数值结果收敛。
通过提取计算区域进出口的压力和温度，可以计算出不同翅片的换热量和压降，同时考虑风机自身所损耗的压降，即可获得相同功率下换热量的变化情况。数据计算结果表明，与行业已经采用的折边平直翅片相比，本实施例的换热系数得到大幅提高，在相同功率条件下换热量提升7.2％，可以保证在不开窗和不开缝的情况下实现综合性能的显著提升。

Claims (8)

1.一种采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，包括翅片基体(1)，在翅片基体(1)上有供换热管穿过的换热管孔(6)，其特征在于，在翅片基体(1)上环绕换热管孔(6)设置有变高度连续凸起结构。
2.根据权利要求1所述采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，其特征在于，所述变高度连续凸起结构包括两段对称的低凸起结构(3)和两段对称的高凸起结构(7)，相邻的低凸起结构(3)和高凸起结构(7)之间通过过渡斜坡结构(5)连接。
3.根据权利要求2所述采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，其特征在于，相邻的变高度连续凸起结构之间通过设置在翅片基体(1)上的两段对称的弧形连接结构(4)连接。
4.根据权利要求3所述采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，其特征在于，所述弧形连接结构(4)的高度为0.3～0.6mm，侧面与翅片基体(1)表面的夹角均为20～30°，内半径为3.0～5.0mm，外半径为5.0～8.0mm，圆心位于相邻换热管孔(6)的连线中心点。
5.根据权利要求2所述采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，其特征在于，所述换热管的管径为7mm或7.94mm；所述翅片基体(1)的厚度为0.09～0.11mm；所述翅片基体(1)的间距为1.3～1.6mm；所述翅片基体(1)的宽度为18.19～21.65mm；所述换热管孔(6)的孔距为21～23mm。
6.根据权利要求5所述采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，其特征在于，所述低凸起结构(3)的高度为0.3～0.6mm，底面宽度为1.5～2.5mm，侧面与翅片基体(1)表面的夹角均为45～60°；所述高凸起结构(7)的高度为0.7～1.0mm，底面宽度为2.5～4.5mm，侧面与翅片基体(1)表面的夹角均为45～60°，所述过渡斜坡结构(5)的斜面角度为30～45°，侧面与翅片基体(1)表面的夹角均为45～60°，其宽度与低凸起结构(3)和高凸起结构(7)呈连续过渡。
7.根据权利要求1所述采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，其特征在于，所述翅片基体(1)的边沿设置有折边结构(2)。
8.根据权利要求1所述采用变高度连续凸起的高强度换热翅片，其特征在于，所述折边结构(2)的垂直高度为0.3～0.5mm，坡度为20～30°，斜坡下边线与翅片边缘的距离为0.5～1.5mm。
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