CN111425317A - 一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置 - Google Patents

一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111425317A
CN111425317A CN202010179744.XA CN202010179744A CN111425317A CN 111425317 A CN111425317 A CN 111425317A CN 202010179744 A CN202010179744 A CN 202010179744A CN 111425317 A CN111425317 A CN 111425317A
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchange
fins
pipeline
exchange device
pits
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010179744.XA
Other languages
English (en)
Inventor
张小兵
谢鹏勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN202010179744.XA priority Critical patent/CN111425317A/zh
Publication of CN111425317A publication Critical patent/CN111425317A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for
    • F02K9/62—Combustion or thrust chambers
    • F02K9/64—Combustion or thrust chambers having cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02K—JET-PROPULSION PLANTS
    • F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
    • F02K9/42—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof using liquid or gaseous propellants
    • F02K9/60—Constructional parts; Details not otherwise provided for

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

本发明公开了一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，包括设置在管道的底面上的凹坑涡流发生器和设置在管道两个侧面上的翅片结构，所述凹坑涡流发生器包括多个沿流体流动方向排列的凹坑(3)，所述翅片结构包括多个沿流体流动方向排列的翅片(4)。本发明采用翅片与凹坑相结合的复合式冷却结构，将凹坑布置于底面可以有效增强流体流动的纵向扰动，在侧壁面加装翅片结构，形成横向方向的流动扰动，翅片形成的横向扰动与球坑形成的纵向扰动互相影响，更好的破坏了流动边界层，形成明显的流动扰动，促进了流体与壁面间的热交换，很好地减弱了管道截面不均匀热分布。

Description

一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置
技术领域
本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置。
背景技术
能源是社会发展的基础，随着社会的发展能源也日益紧张，目前能源短缺和能耗水平低下是制约社会经济发展的主要原因。因此高效的节能与换热手段成为必须发展的方向。为了减低能耗，提高生产经济效益，高效节能手段与方法必须被改善与研究。对于航空航天领域，发动机壁面的热防护日益成为液体火箭发动机领域的一个关键问题。一般情况下，燃烧室高温高热流可达0.8-160MW/m2。随着发动机燃烧室温度越来越高，发动机燃烧室壁面受到剧烈的单侧加热，并且壁面冷却通道尺寸非常小达到毫米级，会造成严重的截面热分层和保护问题，由于冷却通道为单面加热，会导致出现截面热分布的不均匀从而导致流动和传热效率下降，容易引起壁面的传热恶化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增强换热能力并能够减弱管道截面不均匀热分布的换热装置。
本发明所采用的技术方案是：一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，包括设置在管道的底面上的凹坑涡流发生器和设置在管道两个侧面上的翅片结构，所述凹坑涡流发生器包括多个沿流体流动方向排列的凹坑，所述翅片结构包括多个沿流体流动方向排列的翅片。
进一步地，两个侧面上的翅片结构的翅片数量相同、位置对应。
进一步地，所述凹坑为球面形凹坑。
进一步地，所述球面形凹坑的中心位于两个翅片之间。
进一步地，所述球面形凹坑的深度为H，凹坑在底面的投影的半径为r，H/2r＝0.2，H为管道当量直径的10％。
进一步地，所述翅片为长方体形。
进一步地，所述长方体形在流动方向的厚度为0.2mm，底面宽度为0.5mm，高度为h，h为管道当量直径的10％。
进一步地，每个面上的凹坑和翅片均为等间距排列。
进一步地，所述管道的截面为矩形。
进一步地，所述翅片的材料为金属。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用翅片与凹坑相结合的复合式冷却结构，将凹坑布置于底面可以有效增强流体流动的纵向扰动，在侧壁面加装翅片结构，形成横向方向的流动扰动，根据固体传热速率远远大于流体，本发明可以快速的将固体壁面的热流传递给中心流体，从而促进流体与壁面间的热交换，同时翅片形成的横向扰动与球坑形成的纵向扰动互相影响，更好的破坏了流动边界层，形成明显的流动扰动，促进了流体与壁面间的热交换，很好地减弱了管道截面不均匀热分布。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1是本发明减弱管道截面不均匀热分布的换热装置的纵向剖面图。
图2是本发明减弱管道截面不均匀热分布的换热装置的横截面图。
图3是本发明减弱管道截面不均匀热分布的换热装置的横向剖面图。
图4是凹坑的结构示意图。
图5是翅片的结构示意图。
图6是热壁面温度分布比较图。
图7是截面温度不均匀分布比较图。
图8是x-y平面的流动涡旋图。
图9是x-z平面的流动涡旋图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
结合图1-3，一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，包括设置在管道的底面上的凹坑涡流发生器和设置在管道两个侧面上的翅片结构，所述凹坑涡流发生器包括多个沿流体流动方向排列的凹坑3，所述翅片结构包括多个沿流体流动方向排列的翅片4，图1中设置凹坑涡流发生器和翅片结构的是流动扰动区2，前后是流动发展区1。
优选地，两个侧面上的翅片结构的翅片4数量相同、位置对应。
优选地，结合图4，所述凹坑3为球面形凹坑，球面形凹坑结构相比于肋片装置在提高换热能力的同时，对于压降损失影响较小，所述球面形凹坑的中心位于两个翅片4之间(错位分布)，所述球面形凹坑的深度为H，凹坑在底面的投影的半径为r，R为凹坑所在球的半径，H/2r＝0.2，H为管道当量直径的10％。
优选地，结合图5，所述翅片4为长方体形，所述长方体形在流动方向的厚度为0.2mm，底面宽度为0.5mm，高度为h，h为管道当量直径的10％。这个高度和深度下，对于流动边界层的破坏和扰动是较为理想的，能够实现更好的流动传热的增强。
优选地，每个面上的凹坑3和翅片4均为等间距排列，凹坑3和翅片4均位于壁面中间位置，即沿着中心线等间隔分布。
优选地，所述管道的截面为矩形。
优选地，所述翅片4的材料为金属。
由于矩形管道的单面加热特性，会造成截面温度的不均匀分布，本发明采用翅片与凹坑相结合的复合式冷却结构，将凹坑布置于底面可以有效增强流体流动的纵向(即y方向)扰动(垂直于底面的流动扰动)，在侧壁面加装翅片结构，形成横向(即x方向)方向的流动扰动(垂直于侧壁面的流动扰动)，根据固体传热速率远远大于流体，本发明可以快速的将固体壁面的热流传递给中心流体，从而促进流体与壁面间的热交换，由图8、9可知，翅片形成的横向扰动与球坑形成的纵向扰动互相影响，更好的破坏了流动边界层，形成明显的流动扰动，促进了流体与壁面间的热交换，很好地减弱了管道截面不均匀热分布。
图6是热壁面温度分布比较图。图7是截面温度不均匀分布比较图。中Tw，Tf,max,Tf,min和Tf,avg分别表示热壁面温度，截面流体的最高温度，最低温度和平均温度。β能由公式1获得，可知相比于传统的光滑冷却通道，翅片和凹坑结合的新装置有效的增强了流动换热能力，并且明显减弱了截面热分层现象。
β＝(Tf，max-Tf,min)/Tf,avg (1)
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，其特征在于，包括设置在管道的底面上的凹坑涡流发生器和设置在管道两个侧面上的翅片结构，所述凹坑涡流发生器包括多个沿流体流动方向排列的凹坑(3)，所述翅片结构包括多个沿流体流动方向排列的翅片(4)。
2.根据权利要求1所述的减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，其特征在于，两个侧面上的翅片结构的翅片(4)数量相同、位置对应。
3.根据权利要求1或2所述的减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，其特征在于，所述凹坑(3)为球面形凹坑。
4.根据权利要求3所述的减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，其特征在于，所述球面形凹坑的中心位于两个翅片(4)之间。
5.根据权利要求3所述的减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，其特征在于，所述球面形凹坑的深度为H，凹坑在底面的投影的半径为r，H/2r＝0.2，H为管道当量直径的10％。
6.根据权利要求4或5所述的减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，其特征在于，所述翅片(4)为长方体形。
7.根据权利要求6所述的减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，其特征在于，所述长方体形在流动方向的厚度为0.2mm，底面宽度为0.5mm，高度为h，h为管道当量直径的10％。
8.根据权利要求6所述的减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，其特征在于，每个面上的凹坑(3)和翅片(4)均为等间距排列。
9.根据权利要求8所述的减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，其特征在于，所述管道的截面为矩形。
10.根据权利要求8所述的减弱管道截面不均匀热分布的换热装置，其特征在于，所述翅片(4)的材料为金属。
CN202010179744.XA 2020-03-16 2020-03-16 一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置 Pending CN111425317A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010179744.XA CN111425317A (zh) 2020-03-16 2020-03-16 一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010179744.XA CN111425317A (zh) 2020-03-16 2020-03-16 一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111425317A true CN111425317A (zh) 2020-07-17

Family

ID=71546537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010179744.XA Pending CN111425317A (zh) 2020-03-16 2020-03-16 一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111425317A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112944729A (zh) * 2021-02-19 2021-06-11 山东佐耀智能装备股份有限公司 一种空气源热泵凹坑凸包强化换热蒸发器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0667504A1 (de) * 1994-02-11 1995-08-16 Wieland-Werke Ag Wärmeaustauschrohr zum Kondensieren von Dampf
CN1463353A (zh) * 2001-04-17 2003-12-24 沃尔弗林管子公司 具有带凹槽的内表面的改进传热管
KR20120071679A (ko) * 2010-12-23 2012-07-03 연세대학교 산학협력단 복합 와류 발생장치 및 이를 이용한 고성능 열교환기
CN107883801A (zh) * 2017-11-02 2018-04-06 珠海格力电器股份有限公司 换热扁管和微通道换热器
CN108151562A (zh) * 2017-12-22 2018-06-12 湖南太子新材料科技有限公司 一种高温散热管
CN208579668U (zh) * 2018-07-13 2019-03-05 江苏嘉尔良重工科技有限公司 一种新型换热管

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0667504A1 (de) * 1994-02-11 1995-08-16 Wieland-Werke Ag Wärmeaustauschrohr zum Kondensieren von Dampf
CN1463353A (zh) * 2001-04-17 2003-12-24 沃尔弗林管子公司 具有带凹槽的内表面的改进传热管
KR20120071679A (ko) * 2010-12-23 2012-07-03 연세대학교 산학협력단 복합 와류 발생장치 및 이를 이용한 고성능 열교환기
CN107883801A (zh) * 2017-11-02 2018-04-06 珠海格力电器股份有限公司 换热扁管和微通道换热器
CN108151562A (zh) * 2017-12-22 2018-06-12 湖南太子新材料科技有限公司 一种高温散热管
CN208579668U (zh) * 2018-07-13 2019-03-05 江苏嘉尔良重工科技有限公司 一种新型换热管

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PENGYONG XIE，XIAOBING ZHANG: "The influence of thermal stratification on hydrogen fuel flow and heat transfer in cooling channel with combining fin and dimple", 《INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112944729A (zh) * 2021-02-19 2021-06-11 山东佐耀智能装备股份有限公司 一种空气源热泵凹坑凸包强化换热蒸发器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108917174B (zh) 一种气电耦合极限冷凝的铸铝硅镁燃气热水炉
CN102384675B (zh) 可拆卸式余热回收高效换热器
CN207866065U (zh) 一种间断翅片结构印刷电路板式换热器芯体
CN101294779A (zh) 一种换热管翅结构
CN108151571B (zh) 一种螺旋百叶窗式矩形内翅片管
CN111425317A (zh) 一种减弱管道截面不均匀热分布的换热装置
CN111397425A (zh) 一种开凹槽凸球面和肋片间布式分布的复合换热装置
CN108731534A (zh) 一种表面辐射状开缝h型翅片管
CN103776171B (zh) 用于燃气热水换热器的铸铝换热片
CN207439230U (zh) 一种带有凹陷涡发生器的散热器扁管
CN216409861U (zh) 一种错位花隔板管壳式换热器
CN111006096B (zh) 一种抑制疲劳损伤的枝型通道结构
CN108386234A (zh) 一种以柱排肋片为基本冷却单元的燃机叶片内部冷却结构
CN209558972U (zh) 一种新型石墨波纹换热板
CN207816076U (zh) 三维肋片换热板
CN107192290A (zh) 多边形肋片多椭圆鳍片管换热元件
CN102679789A (zh) 一种螺旋波纹管
CN109708498A (zh) 一种新型石墨波纹换热板
CN202229628U (zh) 余热回收高效换热器
CN216620794U (zh) 一种带流场调节结构的板式换热器板片
CN202229627U (zh) 钢制高频焊螺旋翅片管散热器
CN105649681A (zh) 一种燃气轮机导向叶片的交错肋
CN112033183A (zh) 一种管式辐射换热器
CN111397426A (zh) 一种减弱管道截面热分层的强化传热装置
CN205090823U (zh) 一种换热装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200717

RJ01 Rejection of invention patent application after publication