CN110595249A - 一种多级树杈型翅片及换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级树杈型翅片，并公开了具有多级树杈型翅片的换热器，其中一种多级树杈型翅片包括翅片本体，所述翅片本体上设置有：两个以上开孔，沿左右方向呈线性排列设置；换热流道，设置于任意两个相邻的所述开孔之间，所述换热流道包括由后至前依次连通的若干个气体通道，每个所述气体通道包括设置于所述翅片本体上的一级凹槽，每个所述气体通道内的所述一级凹槽设置有不少于一个；其中，任意两个前后相邻的所述气体通道中，位于前侧的所述气体通道的一级凹槽与位于后侧的所述气体通道的一级凹槽相互连通，本发明形成的树杈状结构的换热流道可以有效地提高烟气流经翅片本体的换热效果。
Description
技术领域
本发明一种热交换设备，特别涉及一种多级树杈型翅片及换热器。
背景技术
翅片烟气换热器是利用外界的高温烟气与低温水进行热量交换的装置，翅片是重要组成部分，对整体的换热效果起到重要的影响作用，在换热器中，冷媒介质在换热管中循环流动，与换热管壁进行热交换，翅片则与高温烟气进行换热，层流边界极大的阻碍烟气与翅片的换热，现有的翅片为平板结构，换热系数较低，为了增强换热效果，市面上出现一些波浪型、扰流柱等结构的翅片，但该类翅片的流动阻力较大，存在明显滞留区。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种多级树杈型翅片，能够提高翅片的换热效率。
本发明还提出一种具有上述多级树杈型翅片的换热器。
根据本发明的第一方面实施例的一种多级树杈型翅片，包括翅片本体，所述翅片本体上设置有：两个以上开孔，沿左右方向呈线性排列设置；换热流道，设置于任意两个相邻的所述开孔之间，所述换热流道包括由后至前依次连通的若干个气体通道，每个所述气体通道包括设置于所述翅片本体上的一级凹槽，每个所述气体通道内的所述一级凹槽设置有不少于一个；其中，任意两个前后相邻的所述气体通道中，位于前侧的所述气体通道的一级凹槽与位于后侧的所述气体通道的一级凹槽相互连通。
根据本发明实施例的一种多级树杈型翅片，至少具有如下有益效果：在翅片本体上设置有用于插入外设换热管的开孔，并在任意两个相邻的开孔之间设有提高换热效果的换热流道，具体的，在烟气经过翅片本体表面时，部分烟气进入到换热流道，并流经每个气体通道上的一级凹槽，提高了高温流体与低温流体间的相互混合，从而提高了换热效果，每个气体通道内的一级凹槽数量是一个或多个以上，而前后相邻的气体通道中，位于前侧的一级凹槽连接于位于后侧的一级凹槽，如此可形成一个树杈形结构，从一个一级凹槽流向多个一个凹槽时形成一个分叉点，流体每流经一个分叉点，都会在分叉点附近形成了二次流，即产生回流和分离现象，进一步提高高温流体与低温流体的相互混合，这种二次流即使在低雷诺数下也具有较大强度，可以有效地提高烟气流经翅片本体的换热效果。
根据本发明的一些实施例，任意两个前后相邻的所述气体通道中，位于后侧的所述气体通道的一级凹槽连接有至少两个位于前侧的所述气体通道的一级凹槽。即烟气从一个气体通道的一级凹槽流入至下一个气体通道的一级凹槽时，必然会经过一个分叉点，对烟气进行分流。
根据本发明的一些实施例，任一个所述换热流道内由后向前依次设置有三个所述气体通道，位于最后侧的所述气体通道为一级流道，位于中部的所述气体通道为二级流道，位于最后侧的所述气体通道为三级流道，所述一级流道包括一个所述一级凹槽，所述二级流道包括两个所述一级凹槽，所述三级流道包括四个所述一级凹槽，所述二级流道的两个所述一级凹槽后端均连接于所述一级流道的一级凹槽的前端，所述三级流道的任意两个所述一级凹槽后端均连接于所述二级流道的一个所述一级凹槽前端，所述三级流道的另外两个所述一级凹槽后端均连接于所述二级流道的另一个所述一级凹槽前端，所述三级流道中位于中部的两个所述一级凹槽前端均连接有两个二级凹槽。换热流道为四级分杈的结构，烟气流入一级流道的一级凹槽后，经过分流进入到二级流道的两个一级凹槽内，从二级流道的每个一级凹槽流出的烟气经过分流再进入到三级流道的两个一级凹槽内，三级流道的四个一级凹槽中，位于中部的两个一级凹槽还分别连接有两个二级凹槽，使得从三级流道流出的烟气再进入到二级凹槽，极大地提高了换热效果。
根据本发明的一些实施例，所述一级流道的一级凹槽延伸至所述翅片本体的后边侧，所述二级凹槽延伸至所述翅片本体的前边侧。即烟气流经翅片本体时，部分的烟气直接由一级流道的一级凹槽进入，然后直接从二级凹槽流出翅片本体。
根据本发明的一些实施例，所述换热流道还包括设置于所述翅片本体上的通孔，所述通孔的中心在所述一级流道的一级凹槽的中心线上，所述通孔位于所述一级流道的一级凹槽前方。翅片本体上位于一级凹槽的前方为换热薄弱区，烟气在翅片本体上流动属于低雷诺数流动，黏性底层与主流流体并无明显界限，在翅片本体的换热薄弱区开通孔有利于破坏黏性底层并增强近壁面低温流体与主流高温流体的掺混，从而强化换热；另外还能减少材料消耗，节省制造成本。
根据本发明的一些实施例，所述通孔为椭圆形。椭圆形的通孔可进一步提高低温流体与高温流体的掺混效果，强化换热。
根据本发明的一些实施例，任意两个前后相邻的所述气体通道中，位于前侧的所述气体通道的一级凹槽直径为D1，位于后侧的所述气体通道的一级凹槽直径为D2，所述D1与D2的比值为0.6至0.9。位于前侧的一级凹槽的直径与位于后侧的一级凹槽的直径相比，在该比例范围下逐渐递减，确保达到较好的换热效果。
根据本发明的一些实施例，任意两个前后相邻的所述气体通道中，位于前侧的所述气体通道的一级凹槽的长度为H1，位于后侧的所述气体通道的一级凹槽的长度为H2，H1与H2的比值为0.8至1。位于前侧的一级凹槽的长度与位于后侧的一级凹槽的长度相比，在该比例范围下逐渐递减。
根据本发明的一些实施例，所述开孔的边侧具有翻边。插入开孔的外设换热管可与翻边相抵，提高翅片本体与换热管的结构稳定性。
根据本发明的第二方面实施例的一种换热器，包括换热管，还包括若干块均匀排列设置的上述所述的多级树杈型翅片，所述多级树杈型翅片上的所述开孔用于供所述换热管穿过，任一块所述多级树杈型翅片的所述一级凹槽的深度均为h，任意两块相邻的所述多级树杈型翅片之间的距离为d，其中，h与d的比值为0.35至0.5。
根据本发明实施例的一种换热器，至少具有如下有益效果：利用上述多级树杈型翅片排列设置，两块多级树杈型翅片之间形成一个烟气通道，烟气通过烟气通道时，部分烟气会流入至换热流道内，将换热管穿插在每块的开孔内固定，每块多级树杈型翅片的一级凹槽深度度均相同，便于加工，并且一级凹槽深度与任意两块相邻多级树杈型翅片之间的距离存在着一定的比例关系，在该比例设计中可得到较好的换热效果。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的多级树杈型翅片的结构示意图。
翅片本体100、
开孔200、一级凹槽210、通孔220、二级凹槽230。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，在换热器中，包括若干块均匀排列设置的多级树杈型翅片，将换热管穿插至每块翅片的开孔200内，以连接并固定翅片，翅片与换热管可通过焊接方式连接，在翅片上冲压出换热流道，烟气进入到烟气通道时，高温烟气与翅片表面以及换热管发生对流换热，这部分热量通过导热和对流换热方式传递到换热管内的低温水，换热流道包括设置于翅片本体100上的若干个气体通道，每个气体通道内均有若干个一级凹槽210，一级凹槽210与翅片本体100的连接处为圆角结构，可使烟气在此处发生掺混，增强局部区域速度场和温度场的协同程度，从而实现低阻换热，一级凹槽210深度根据两块多级树杈型翅片之间的距离而设定，具体的，任一块多级树杈型翅片的一级凹槽210深度均为h，任意两块相邻的多级树杈型翅片之间的距离为d，h与d的比值为0.35至0.5，在该比例下可达到较好的换热效果，在一些实施例中，该比例值为0.4，在该比例下可得到最好的换热效果。
多级树杈型翅片包括翅片本体100，翅片本体100上设置有：两个以上开孔200，沿左右方向呈线性排列设置；换热流道，设置于任意两个相邻的开孔200之间，换热流道包括由后至前依次连通的若干个气体通道，每个气体通道包括设置于翅片本体100上的一级凹槽210，每个气体通道内的一级凹槽210设置有不少于一个；其中，任意两个前后相邻的气体通道中，位于前侧的气体通道的一级凹槽210与位于后侧的气体通道的一级凹槽210相互连通。
在翅片本体100上设置有用于插入外设换热管的开孔200，并在任意两个相邻的开孔200之间设有提高换热效果的换热流道，具体的，在烟气经过翅片本体100表面时，部分烟气进入到换热流道，并流经每个气体通道上的一级凹槽210，提高了高温流体与低温流体间的相互混合，从而提高了换热效果，每个气体通道内的一级凹槽210数量是一个或多个以上，而前后相邻的气体通道中，位于前侧的一级凹槽210连接于位于后侧的一级凹槽210，如此可形成一个树杈形结构，从一个一级凹槽210流向多个一个凹槽时形成一个分叉点，流体每流经一个分叉点，都会在分叉点附近形成了二次流，即产生回流和分离现象，进一步提高高温流体与低温流体的相互混合，这种二次流即使在低雷诺数下也具有较大强度，可以有效地提高烟气流经翅片本体100的换热效果。
本实施例中，任意两个前后相邻的气体通道中，位于后侧的气体通道的一级凹槽210连接有至少两个位于前侧的气体通道的一级凹槽210。即烟气从一个气体通道的一级凹槽210流入至下一个气体通道的一级凹槽210时，必然会经过一个分叉点，对烟气进行分流。
本实施例中，任一个换热流道内由后向前依次设置有三个气体通道，位于最后侧的气体通道为一级流道，位于中部的气体通道为二级流道，位于最后侧的气体通道为三级流道，一级流道包括一个一级凹槽210，二级流道包括两个一级凹槽210，三级流道包括四个一级凹槽210，二级流道的两个一级凹槽210后端均连接于一级流道的一级凹槽210的前端，三级流道的任意两个一级凹槽210后端均连接于二级流道的一个一级凹槽210前端，三级流道的另外两个一级凹槽210后端均连接于二级流道的另一个一级凹槽210前端，三级流道中位于中部的两个一级凹槽210前端均连接有两个二级凹槽230。换热流道为四级分杈的结构，烟气流入一级流道的一级凹槽210后，经过分流进入到二级流道的两个一级凹槽210内，从二级流道的每个一级凹槽210流出的烟气经过分流再进入到三级流道的两个一级凹槽210内，三级流道的四个一级凹槽210中，位于中部的两个一级凹槽210还分别连接有两个二级凹槽230，使得从三级流道流出的烟气再进入到二级凹槽230，极大地提高了换热效果。二级凹槽230的前端延伸至换热管的前方，该结构形成渐缩型流道能够引导流体向管后尾涡区汇流，有效的抑制了管后尾涡的发展，从而减小换热薄弱区的大小，并降低因为边界层分离形成尾涡产生摩擦损失。
在一些实施例中，一级凹槽210、二级凹槽230的延伸走向可存在弯折，同样具有提高烟气流经翅片本体100的换热效果。
本实施例中，一级流道的一级凹槽210延伸至翅片本体100的后边侧，二级凹槽230延伸至翅片本体100的前边侧。即烟气流经翅片本体100时，部分的烟气直接由一级流道的一级凹槽210进入，然后直接从二级凹槽230流出翅片本体100。
本实施例中，换热流道还包括设置于翅片本体100上的通孔220，通孔220的中心在一级流道的一级凹槽210的中心线上，通孔220位于一级流道的一级凹槽210前方。翅片本体100上位于一级凹槽210的前方为换热薄弱区，烟气在翅片本体100上流动属于低雷诺数流动，黏性底层与主流流体并无明显界限，在翅片本体100的换热薄弱区开通孔220有利于破坏黏性底层并增强近壁面低温流体与主流高温流体的掺混，从而强化换热；另外还能减少材料消耗，节省制造成本。
本实施例中，通孔220为椭圆形。椭圆形的通孔220可进一步提高低温流体与高温流体的掺混效果，强化换热。在一些实施例中，椭圆形通孔220的短轴结构对着迎风面以进一步强化换热。
本实施例中，任意两个前后相邻的气体通道中，位于前侧的气体通道的一级凹槽210直径为D1，位于后侧的气体通道的一级凹槽210直径为D2，D1与D2的比值为0.78。位于前侧的一级凹槽210的直径与位于后侧的一级凹槽210的直径相比，在该比例范围下逐渐递减，确保达到较好的换热效果。
本实施例中，任意两个前后相邻的气体通道中，位于前侧的气体通道的一级凹槽210的长度为H1，位于后侧的气体通道的一级凹槽210的长度为H2，H1与H2的比值为0.9。位于前侧的一级凹槽210的长度与位于后侧的一级凹槽210的长度相比，在该比例范围下逐渐递减。
本实施例中，开孔200的边侧具有翻边。并且翻边的方向与凹槽的下凹方向相同。插入开孔200的外设换热管可与翻边相抵，利用翻边与换热管焊接，更加方便快捷。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种多级树杈型翅片，其特征在于：包括翅片本体(100)，所述翅片本体(100)上设置有：
两个以上开孔(200)，沿左右方向呈线性排列设置；
换热流道，设置于任意两个相邻的所述开孔(200)之间，所述换热流道包括由后至前依次连通的若干个气体通道，每个所述气体通道包括设置于所述翅片本体(100)上的一级凹槽(210)，每个所述气体通道内的所述一级凹槽(210)设置有不少于一个；
其中，任意两个前后相邻的所述气体通道中，位于前侧的所述气体通道的一级凹槽(210)与位于后侧的所述气体通道的一级凹槽(210)相互连通。
2.根据权利要求1所述的一种多级树杈型翅片，其特征在于：任意两个前后相邻的所述气体通道中，位于后侧的所述气体通道的一级凹槽(210)连接有至少两个位于前侧的所述气体通道的一级凹槽(210)。
3.根据权利要求2所述的一种多级树杈型翅片，其特征在于：任一个所述换热流道内由后向前依次设置有三个所述气体通道，位于最后侧的所述气体通道为一级流道，位于中部的所述气体通道为二级流道，位于最后侧的所述气体通道为三级流道，所述一级流道包括一个所述一级凹槽(210)，所述二级流道包括两个所述一级凹槽(210)，所述三级流道包括四个所述一级凹槽(210)，所述二级流道的两个所述一级凹槽(210)后端均连接于所述一级流道的一级凹槽(210)的前端，所述三级流道的任意两个所述一级凹槽(210)后端均连接于所述二级流道的一个所述一级凹槽(210)前端，所述三级流道的另外两个所述一级凹槽(210)后端均连接于所述二级流道的另一个所述一级凹槽(210)前端，所述三级流道中位于中部的两个所述一级凹槽(210)前端均连接有两个二级凹槽(230)。
4.根据权利要求3所述的一种多级树杈型翅片，其特征在于：所述一级流道的一级凹槽(210)延伸至所述翅片本体(100)的后边侧，所述二级凹槽(230)延伸至所述翅片本体(100)的前边侧。
5.根据权利要求3所述的一种多级树杈型翅片，其特征在于：所述换热流道还包括设置于所述翅片本体(100)上的通孔(220)，所述通孔(220)的中心在所述一级流道的一级凹槽(210)的中心线上，所述通孔(220)位于所述一级流道的一级凹槽(210)前方。
6.根据权利要求5所述的一种多级树杈型翅片，其特征在于：所述通孔(220)为椭圆形。
7.根据权利要求1所述的一种多级树杈型翅片，其特征在于：任意两个前后相邻的所述气体通道中，位于前侧的所述气体通道的一级凹槽(210)直径为D1，位于后侧的所述气体通道的一级凹槽(210)直径为D2，所述D1与D2的比值为0.6至0.9。
8.根据权利要求1所述的一种多级树杈型翅片，其特征在于：任意两个前后相邻的所述气体通道中，位于前侧的所述气体通道的一级凹槽(210)的长度为H1，位于后侧的所述气体通道的一级凹槽(210)的长度为H2，H1与H2的比值为0.8至1。
9.根据权利要求1所述的一种多级树杈型翅片，其特征在于：所述开孔(200)的边侧具有翻边。
10.一种换热器，其特征在于：包括换热管，还包括若干块均匀排列设置的如权利要求1-9中任一项所述的多级树杈型翅片，所述多级树杈型翅片上的所述开孔(200)用于供所述换热管穿过，任一块所述多级树杈型翅片的所述一级凹槽(210)的深度为h，任意两块相邻的所述多级树杈型翅片之间的距离为d，其中，h与d的比值为0.35至0.5。
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