CN110608630A - 一种二级树杈型翅片及换热器 - Google Patents

一种二级树杈型翅片及换热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二级树杈型翅片,并公开了具有该二级树杈型翅片的换热器,其中二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,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,所述换热流道包括依次连通设置的一级凹槽、二级凹槽与三级凹槽;其中,所述一级凹槽的一端连通两个所述二级凹槽的一端,至少一个所述二级凹槽的另一端连通两个所述三级凹槽的一端,本发明可以有效地提高烟气流经翅片本体的换热效果,减少材料消耗。

Description

一种二级树杈型翅片及换热器
技术领域
本发明一种热交换设备,特别涉及一种二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,现有的均匀排列设置的平翅片之间组成一个个平直的换热通道,烟气通过换热通道时效率较低。
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,本发明提出一种二级树杈型翅片,能够提高翅片的换热效率。
本发明还提出一种具有上述二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二级树杈型翅片,包括翅片本体,所述翅片本体上设置有:两个以上开孔,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,所述换热流道包括依次连通设置的一级凹槽、二级凹槽与三级凹槽;其中,所述一级凹槽的一端连通两个所述二级凹槽的一端,至少一个所述二级凹槽的另一端连通两个所述三级凹槽的一端。
根据本发明实施例的一种二级树杈型翅片,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,一级凹槽、二级凹槽、三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,尤其是当烟气从一级凹槽流经二级凹槽时经过一个分叉点,从二级凹槽流经三级凹槽时又经过一个分叉点,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,所述一级凹槽的另一端设置有进风口,所述三级凹槽的另一端设置有出风口。烟气直接从进风口处进入到第一凹槽,经过第二凹槽后,从第三凹槽的出风口处流出。
根据本发明的一些实施例,所述翅片本体上还设置有若干个通孔,所述通孔位于与所述一级凹槽连通的两个所述二级凹槽之间。翅片本体上位于两个二级凹槽之间的位置属于换热薄弱区,在换热薄弱区上设置的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,所述通孔沿一级凹槽的延伸方向设置有多个,任意两个相邻的所述通孔之间距离为6mm至10mm。在这个距离范围下,前一个通孔产生的扰动可以传递至下一个通孔,以更好地提高换热效果。
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。
根据本发明的一些实施例,所述一级凹槽的直径为D1,所述二级凹槽的直径为D2,所述三级凹槽的直径为D3,其中,D1与D2的比值为0.6至0.9,D2与D3的比值为0.6至0.9。第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽的直径按照该比例范围内依次递减,确保达到较好的换热效果。
根据本发明的一些实施例,所述一级凹槽的长度为H1,所述二级凹槽的长度为H2,所述三级凹槽的长度为H3,其中,H1与H2的比值为0.8至0.9,H2与H3的比值为0.8至0.9。第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽的长度依照该比例范围内依次递减。
根据本发明的一些实施例,两个所述二级凹槽之间的夹角为a,连接至任一个所述二级凹槽的两个所述三级凹槽之间的夹角为b,其中,a等于b。由第一凹槽延伸出的第二凹槽、由第二凹槽延伸出的第三凹槽按照相同的夹角分流发散。
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二级树杈型翅片,所述二级树杈型翅片上的所述开孔用于供所述换热管穿过,任一块所述二级树杈型翅片的所述一级凹槽、所述二级凹槽与所述三级凹槽的深度均为h,任意两块相邻的所述二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:利用上述二级树杈型翅片排列设置,两块二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,每块二级树杈型翅片的一级凹槽深度、二级凹槽深度、三级凹槽深度均相同,便于加工,并且一级凹槽深度、二级凹槽深度、三级凹槽深度与任意两块相邻二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为本发明实施例的二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、二级凹槽220、三级凹槽230、通孔240。
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,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。
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上的一级凹槽210、二级凹槽220、三级凹槽230,一级凹槽210、二级凹槽220、三级凹槽230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、二级凹槽220深度、三级凹槽230深度根据两块二级树杈型翅片之间的距离而设定,具体的,任一块二级树杈型翅片的一级凹槽210深度、二级凹槽220深度、三级凹槽230深度均为h,任意两块相邻的二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。
翅片包括翅片本体100,翅片本体100上沿左右方向线性排列设置有若干个开孔200,任意两个相邻的开孔200之间设置有换热流道,换热流道包括由后至前依次设置的一级流道、二级流道与三级流道,一级流道包括设置于翅片本体100底面的一级凹槽210,二级流道包括连接于一级凹槽210前端的两个二级凹槽220,三级流道包括连接于任一个二级凹槽220前端的两个三级凹槽230。
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,一级凹槽210、二级凹槽220、三级凹槽230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,尤其是当烟气由后至前从一级流道流经二级流道时经过一个分叉点,从二级流道流经三级流道时又经过一个分叉点,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。
在一些实施例中,一级凹槽210、二级凹槽220、三级凹槽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,一级凹槽210的另一端设置有进风口,三级凹槽230的另一端设置有出风口。烟气直接从进风口处进入到一级凹槽210,经过二级凹槽220后,从三级凹槽230的出风口处流出,同时三级凹槽230的另一端延伸到换热管远离一级凹槽210的一方,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。
本实施例中,换热流道还包括设置于翅片本体100上的通孔240,通孔240的中心在一级凹槽210的中心线上,通孔240位于一级凹槽210的前方。翅片本体100上位于一级凹槽210的前方位置属于换热薄弱区,在换热薄弱区上设置的通孔240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240为椭圆形。烟气流经椭圆结构的通孔240时烟气在翅片本体100上的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。
本实施例中,通孔240沿一级凹槽210的延伸方向设置有多个,任意两个相邻的通孔240距离为7mm。在这个距离下,前一个通孔240产生的扰动可以正好传递至下一个通孔240,达到更好的换热效果。
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。
本实施例中,一级凹槽210的直径为D1,二级凹槽220的直径为D2,三级凹槽230的直径为D3,其中,D1与D2为0.78,D2与D3为0.78。进一步的,加宽二级凹槽220的直径从而增大二级凹槽220内流体与换热管的温度梯度。
本实施例中,一级凹槽210的长度为H1,二级凹槽220的长度为H2,三级凹槽230的长度为H3,其中,H1与H2为0.9,H2与H3为0.9。一级凹槽210远离二级凹槽220的一端与翅片本体100的靠近一级凹槽210的一侧边的距离为5至10mm。
本实施例中,两个第二凹槽之间的夹角为a,连接至任一个第二凹槽的两个第三凹槽之间的夹角为b,a等于b等于50度。由第一凹槽延伸出的第二凹槽、由第二凹槽延伸出的第三凹槽按照相同的夹角分流发散。
用常规翅片组成的换热器与本发明经过结构改进后的二级树杈型翅片组成的换热器进行对比测试,同用在一台额定功率为28KW的壁挂炉上,得到如下表1所示数据:
表1:
由上表可见,本发明的换热器中,单片翅片换热量更高,质量更轻,利于减少铜材消耗,降低成本。
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)

1.一种二级树杈型翅片,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),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,所述换热流道包括依次连通设置的一级凹槽(210)、二级凹槽(220)与三级凹槽(230);
其中,所述一级凹槽(210)的一端连通两个所述二级凹槽(220)的一端,至少一个所述二级凹槽(220)的另一端连通两个所述三级凹槽(230)的一端。
2.根据权利要求1所述的一种二级树杈型翅片,其特征在于:所述一级凹槽(210)的另一端设置有进风口,所述三级凹槽(230)的另一端设置有出风口。
3.根据权利要求1所述的一种二级树杈型翅片,其特征在于:所述翅片本体(100)上还设置有若干个通孔(240),所述通孔(240)位于与所述一级凹槽(210)连通的两个所述二级凹槽(220)之间。
4.根据权利要求3所述的一种二级树杈型翅片,其特征在于:所述通孔(240)为椭圆形。
5.根据权利要求3所述的一种二级树杈型翅片,其特征在于:所述通孔(240)沿一级凹槽(210)的延伸方向设置有多个,任意两个相邻的所述通孔(240)之间距离为6mm至10mm。
6.根据权利要求1所述的一种二级树杈型翅片,其特征在于:所述开孔(200)的边侧具有翻边。
7.根据权利要求1所述的一种二级树杈型翅片,其特征在于:所述一级凹槽(210)的直径为D1,所述二级凹槽(220)的直径为D2,所述三级凹槽(230)的直径为D3,其中,D1与D2的比值为0.6至0.9,D2与D3的比值为0.6至0.9。
8.根据权利要求1所述的一种二级树杈型翅片,其特征在于:所述一级凹槽(210)的长度为H1,所述二级凹槽(220)的长度为H2,所述三级凹槽(230)的长度为H3,其中,H1与H2的比值为0.8至0.9,H2与H3的比值为0.8至0.9。
9.根据权利要求1所述的一种二级树杈型翅片,其特征在于:两个所述二级凹槽(220)之间的夹角为a,连接至任一个所述二级凹槽(220)的两个所述三级凹槽(230)之间的夹角为b,其中,a等于b。
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中任一项所述的二级树杈型翅片,所述二级树杈型翅片上的所述开孔(200)用于供所述换热管穿过,任一块所述二级树杈型翅片的所述一级凹槽(210)、所述二级凹槽(220)与所述三级凹槽(230)的深度均为h,任意两块相邻的所述二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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