CN112229238B - 一种波纹排列的编织型翅片换热结构及换热器 - Google Patents

一种波纹排列的编织型翅片换热结构及换热器 Download PDF

Info

Publication number
CN112229238B
CN112229238B CN202011106840.8A CN202011106840A CN112229238B CN 112229238 B CN112229238 B CN 112229238B CN 202011106840 A CN202011106840 A CN 202011106840A CN 112229238 B CN112229238 B CN 112229238B
Authority
CN
China
Prior art keywords
air
fuel
heat exchange
heat exchanger
fins
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.)
Active
Application number
CN202011106840.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112229238A (zh
Inventor
周雷
袁彪
李波
娄德仓
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.)
AECC Sichuan Gas Turbine Research Institute
Original Assignee
AECC Sichuan Gas Turbine Research Institute
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 AECC Sichuan Gas Turbine Research Institute filed Critical AECC Sichuan Gas Turbine Research Institute
Priority to CN202011106840.8A priority Critical patent/CN112229238B/zh
Publication of CN112229238A publication Critical patent/CN112229238A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112229238B publication Critical patent/CN112229238B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/025—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements
    • F28F3/027—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being corrugated, plate-like elements with openings, e.g. louvered corrugated fins; Assemblies of corrugated strips
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/24—Arrangements for promoting turbulent flow of heat-exchange media, e.g. by plates

Abstract

本发明提出一种高效、轻质、紧凑型的换热结构及换热器，所述换热结构包括空气层和燃油层，空气层和燃油层交替堆栈；空气层包括纵向排列设置于第一底板(5)上的第一直肋(3)和横向排列设置的翅片(4)；第一直肋(3)之间构成多个空气通道，翅片(4)垂直于第一直肋(3)设置。燃油层包括渐缩式的导流区域(8)和纵向排列设置的第二直肋(9)，第二直肋(9)构成多个燃油通道；流经燃油通道内的燃油对空气通道内的空气进行冷却。解决高速飞行器的热障问题。在满足换热要求的同时，降低换热器重量、体积以及压力损失，以利于飞行器飞行性能以及隐身性能的提高。

Description

一种波纹排列的编织型翅片换热结构及换热器
技术领域
本发明属于航空发动机领域，涉及一种波纹排列的编织型翅片的强化换热结构及换热器。
背景技术
未来飞行器飞行速度越来越高，伴随的气动加热情况越来越严重，飞行器热障问题越来越突出，而利用燃油作为冷源冷却高温来流，再用冷却后的来流冷却整个飞行器是最具前景的解决方案，因此空气-燃油热交换器的性能好坏直接决定了飞行器冷却方案的成败。
在航空航天领域，对所有产品都要求重量轻、体积小，所以换热器也不例外，而作为热端流通部件，还必须要求压力损失小、工作温度高的特点。目前已经成熟应用的微通道翅片换热器都具有压力损失大和重量高等缺点，例如俄罗斯发动机31F安装在外涵道的空-空换热器，体积较大，结构并不紧凑。因此寻找一款单位体积换热量高、压力损失低、重量轻、结构紧凑的热交换器成为解决高速飞行器“热障”问题的首要目标。
发明内容
本发明的目的：提出一种高效、轻质、紧凑型的换热结构及换热器，以解决高速飞行器的热障问题。在满足换热要求的同时，降低换热器重量、体积以及压力损失，以利于飞行器飞行性能以及隐身性能的提高。
本发明的技术方案：一方面，提供一种波纹排列的编织型翅片换热结构，所述换热结构包括空气层和燃油层，空气层和燃油层交替堆栈；
空气层包括纵向排列设置于第一底板5上的第一直肋3和横向排列设置的翅片4；第一直肋3之间构成多个空气通道，翅片4垂直于第一直肋3设置；
燃油层包括渐缩式的导流区域8和纵向排列设置于第二底板17上的第二直肋9，第二直肋9构成多个燃油通道；流经燃油通道内的燃油对空气通道内的空气进行冷却；纵向为空气流动方向，横向为垂直于空气流动方向。
进一步地，翅片4沿纵向方向上下交替设置，成波浪形排列。
进一步地，靠近第一底板5的翅片4与第一底板5接触，用于破坏空气的边界层流动；位于空气通道中部且远离第一底板5的翅片4，对空气形成冲击效应，用于强化换热。
进一步地，翅片4与第一直肋3上下交错设置。
进一步地，导流区域8内设置有多个扰流柱7，用于对燃油进行阻挡和流向分配。
进一步地，多个扰流柱7叉排设置于导流区域8内。
另一方面，提供一种换热器，包括如上所述的换热结构，所述换热器还包括两个空气侧封头16、两个燃油通道封头1，上边板13、下边板14；
两个燃油通道封头1、上边板13、下边板14和换热结构构成换热器芯体15；换热器芯体15与两端的空气侧封头16构成换热器。
进一步地，换热结构内，燃油通道中燃油流动方向与空气通道内空气流动方向平行，且方向相反。
本发明的有益效果：
波纹交错排列的编织型翅片换热结构及换热器具有单位体积换热量大、压力损失小、结构紧凑、质量轻等优点。
其充分利用了强化换热原理，拥有较高的比表面换热面积条件下，利用横向翅片破坏流体附面层的层流流动，并能形成微冲击，强化换热效果直肋结构大幅提高，另外，由于横向翅片的厚度相比通道高度较小，气流压力损失与普通板翅式换热器相比能减少50％以上。
同时，在燃油侧，设置了锥形渐缩式导流区域，并在其中布置了呈叉排分布的扰流柱，能够均匀分配燃油流量，提高燃油侧湍流度，进一步强化换热；
综上所述，波纹排列的编织型翅片换热结构及换热器，具有换热效率高、体积小、质量轻以及压力损失小等优点。
附图说明
图1本发明波纹排列的编织型换热结构(空气层)示意图；
图2本发明波纹排列的编织型换热结构(空气层)局部俯视图；
图3本发明波纹排列的编织型换热结构局部正视图；
图4本发明编织型翅片波纹排列方式示意图；
图5本发明波纹排列的编织型翅片换热器燃油层示意图；
图6本发明波纹排列的编织型翅片换热器燃油层局部俯视图；
图7本发明波纹排列的编织型翅片换热器燃油层正视图；
图8本发明波纹排列的编织型翅片换热器芯体示意图；
图9本发明波纹排列的编织型翅片换热器总体示意图；
图中：1为燃油通道封头，2为安装边，3为第一直肋，4为翅片，5为第一底板，6为空气通道，7为扰流柱，8为导流区域，9为第二直肋，10为空气层板片，11为燃油层板片，12为10和11堆栈而成的主换热区域，13为上边板，14为下边板，15为换热器芯体；16为空气侧封头，17为第二底板。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：
本实施例，提供一种波纹排列的编织型翅片换热结构，所述换热结构包括空气层和燃油层，空气层和燃油层交替堆栈。本实施例，定义纵向为空气流动方向，横向为垂直于空气流动方向。
图1本发明波纹排列的编织型换热结构(空气层)示意图，图2本发明波纹排列的编织型换热结构(空气层)局部A区域俯视图，图3本发明波纹排列的编织型换热结构局部正视图，结合图1、图2和图3所示，空气层包括纵向排列设置于第一底板5上的第一直肋3和横向排列设置的翅片4；第一直肋3之间构成多个空气通道6，翅片4垂直于第一直肋3设置。本实施例，翅片4与第一直肋3上下交错设置。本实施例，第一底板5两侧安装有安装边2。
进一步地，图4本发明编织型翅片波纹排列方式示意图，结合图3和图4所示，靠近第一底板5的翅片4与第一底板5接触，用于破坏空气的边界层流动；位于空气通道中部且远离第一底板5的翅片4，对空气形成冲击效应，用于强化换热。结合图4所示，翅片4沿纵向方向上下交替设置，成波浪形排列。
本实施例，空气层的翅片14的排列方式呈波纹型交错排列，能在第一直肋3结构的基础上进行强化换热，同时，压力损失与直肋结果相比基本保持不变；空气垂直进入核心换热区，然后流出。
图5本发明波纹排列的编织型翅片换热器燃油层示意图，图6本发明波纹排列的编织型翅片换热器燃油层局部B区域俯视图，图7本发明波纹排列的编织型翅片换热器燃油层正视图，结合图5、图6和图7所示，燃油层包括渐缩式的导流区域8和纵向排列设置于第二底板17上的第二直肋9，第二直肋9构成多个燃油通道；流经燃油通道内的燃油对空气通道内的空气进行冷却。本实施例，第二底板17的两侧同样安装有安装边。图5中，箭头为燃油流动方向。
结合图5所示，导流区域8内设置有多个扰流柱7，用于对燃油进行阻挡和流向分配。本实施例，多个扰流柱7叉排设置于导流区域8内。
本实施例，燃油导流区域呈锥形渐缩形式，在导流区域中布置了圆形绕流柱，绕流柱呈错排分布。燃油侧采用扰流柱7结合第二直肋9的结构形式，在导流区域8设置扰流柱7，提高了流体流量分配的均匀度，燃油流动方式如图9所示，燃油自入口首先进入导流区域，经核心换热结构组成的燃油通道后再经过导流区域8，最终汇流入出口。
进一步地，本实施例提供一种换热器。图8为本发明波纹排列的编织型翅片换热器芯体示意图，由第一底板5、翅片4和第一直肋3构成空气层板片10，及第二底板17、第二直肋9构成的燃油层板片11，交替堆栈，构成主换热区域12。其中，空气层板片10和燃油层板片11构成一个换热基本单元，换热单元基本呈平行四边形，可通过电化学蚀刻的方式进行加工。
图9本发明波纹排列的编织型翅片换热器总体示意图，结合图9所示，主换热区域12与上边板13、下边板14通过高温高压扩散焊的方式焊接成换热器芯体15。同时，燃油侧封头1在竖直方向上分布，呈圆柱形，空气侧封头16横向分布，呈圆弧形，这样可以减小封头长度使结构更紧凑。燃油通过燃油封头进入各个换热单元，换热后各个单元将燃油汇入燃油出口封头，空气沿换热器中心线轴向流动，整个换热器基本呈逆流流动方式。

Claims (6)

1.一种波纹排列的编织型翅片换热结构，其特征在于，所述换热结构包括空气层和燃油层，空气层和燃油层交替堆栈；
空气层包括纵向排列设置于第一底板(5)上的第一直肋(3)和横向排列设置的翅片(4)；第一直肋(3)之间构成多个空气通道(6)，翅片(4)垂直于第一直肋(3)设置；其中，所述翅片(4)沿纵向方向上下交替设置，成波浪形排列；
燃油层包括渐缩式的导流区域(8)和纵向排列设置于第二底板(17)上的第二直肋(9)，第二直肋(9)构成多个燃油通道；流经燃油通道内的燃油对空气通道内的空气进行冷却；
其中，纵向为空气流动方向，横向为垂直于空气流动方向；
其中，靠近第一底板(5)的翅片(4)与第一底板(5)接触，用于破坏空气的边界层流动；位于空气通道中部且远离第一底板(5)的翅片(4)，对空气形成冲击效应，用于强化换热。
2.根据权利要求1所述的换热结构，其特征在于，翅片(4)与第一直肋(3)上下交错设置。
3.根据权利要求1所述的换热结构，其特征在于，导流区域(8)内设置有多个扰流柱(7)，用于对燃油进行阻挡和流向分配。
4.根据权利要求3所述的换热结构，其特征在于，多个扰流柱(7)叉排设置于导流区域(8)内。
5.一种换热器，包括如权利要求1 至 4 任一项所述的换热结构，其特征在于，所述换热器还包括两个空气侧封头(16)、两个燃油通道封头(1)，上边板(13)、下边板(14)；
两个燃油通道封头(1)、上边板(13)、下边板(14)和换热结构构成换热器芯体(15)；换热器芯体(15)与两端的空气侧封头(16)构成换热器。
6.根据权利要求5所述的换热器，其特征在于，换热结构内，燃油通道中燃油流动方向与空气通道内空气流动方向平行，且方向相反。
CN202011106840.8A 2020-10-16 2020-10-16 一种波纹排列的编织型翅片换热结构及换热器 Active CN112229238B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011106840.8A CN112229238B (zh) 2020-10-16 2020-10-16 一种波纹排列的编织型翅片换热结构及换热器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011106840.8A CN112229238B (zh) 2020-10-16 2020-10-16 一种波纹排列的编织型翅片换热结构及换热器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112229238A CN112229238A (zh) 2021-01-15
CN112229238B true CN112229238B (zh) 2022-11-22

Family

ID=74117709

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011106840.8A Active CN112229238B (zh) 2020-10-16 2020-10-16 一种波纹排列的编织型翅片换热结构及换热器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112229238B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112985151B (zh) * 2021-03-12 2022-04-08 南京航空航天大学 一种紧凑型的高效换热器结构
CN115949507A (zh) * 2023-03-09 2023-04-11 中国航发四川燃气涡轮研究院 单一气源供气的带有空-空换热器的核心机

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105300155A (zh) * 2015-11-24 2016-02-03 金龙精密铜管集团股份有限公司 蒸发管
CN108472623A (zh) * 2016-03-03 2018-08-31 株式会社Ihi 反应装置
CN111412781A (zh) * 2020-04-27 2020-07-14 杭州沈氏节能科技股份有限公司 一种换热板、印刷电路板式换热器和加氢机

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2333697A1 (de) * 1973-07-03 1975-01-23 Kloeckner Humboldt Deutz Ag Rekuperativer plattenwaermetauscher
DE68912636T4 (de) * 1988-04-13 1995-07-13 Mitsubishi Aluminium Wärmeaustauscherkern.
US7261147B2 (en) * 2003-05-28 2007-08-28 Lg Electronics Inc. Heat exchanger
CN1760620A (zh) * 2005-11-10 2006-04-19 华东理工大学 异型板换热器
US8085540B2 (en) * 2010-01-06 2011-12-27 Oracle America, Inc. Tandem fan assembly with airflow-straightening heat exchanger
US10119771B2 (en) * 2011-04-13 2018-11-06 Altex Technologies Corporation Non-isotropic structures for heat exchangers and reactors
CN105043144A (zh) * 2015-06-12 2015-11-11 西安交通大学 一种双侧蚀刻高温高压印刷电路板换热器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105300155A (zh) * 2015-11-24 2016-02-03 金龙精密铜管集团股份有限公司 蒸发管
CN108472623A (zh) * 2016-03-03 2018-08-31 株式会社Ihi 反应装置
CN111412781A (zh) * 2020-04-27 2020-07-14 杭州沈氏节能科技股份有限公司 一种换热板、印刷电路板式换热器和加氢机

Also Published As

Publication number Publication date
CN112229238A (zh) 2021-01-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100990309B1 (ko) 열교환기
CN112229238B (zh) 一种波纹排列的编织型翅片换热结构及换热器
US4945981A (en) Oil cooler
US20200284530A1 (en) Plate-fin heat exchanger core and fin structure thereof
JP6693690B2 (ja) 熱交換器
CN112097552A (zh) 一种复合式的紧凑型换热器芯体
US20080149318A1 (en) Heat exchanger
US3528496A (en) Plate-fin heat exchanger
CN1318817C (zh) 一种燃气轮机原表面回热器
CN111415915A (zh) 一种微通道散热器散热结构
CN112696950A (zh) 微翅式换热装置
CN106931821A (zh) 一种换热板和气体‑液体换热器
CN116817646A (zh) 交叉流混合式印刷电路板式换热器
CN107966057A (zh) 一种板式换热器及其使用方法
CN115720439A (zh) 一种含肋微通道散热装置及方法
CN115979028A (zh) 一种高效紧凑式扩散焊接换热器芯体
CN106871689B (zh) 一种带有内翅片的换热管和热交换器
CN215832535U (zh) 一种混合肋排换热器芯体及换热器
CN212721041U (zh) 一种正弦形通道结构印刷电路板式换热器芯体
CN114623707A (zh) 一种用于多流体换热的紧凑式换热器及换热方法
CN103791741B (zh) 一种相变板式换热器
CN217999707U (zh) 一种汽车中冷器
CN113251833A (zh) 一种换热模块及换热器
CN217979947U (zh) 一种板翅式散热器芯体使用的封条装置
CN212340018U (zh) 一种间接空冷散热器管束

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant