CN114111389B - 一种并列多管且构成气流分区的连续型h型翅片管簇 - Google Patents

一种并列多管且构成气流分区的连续型h型翅片管簇 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，包括基管、气流分区件、翅片簇、侧板，基管上下并排多个，翅片簇内侧面内凹部位与圆形截面基管匹配；侧板连接在翅片簇外侧面，气流分区导流板将两组翅片簇间与最外的基管的空间封闭，气流分区导流板分为平面区段和弧形区段，气流分区导流板侧面板内表面的弧形区段凹面与上下并排的多个基管外表面连接，单侧翅片簇与气流分区导流板、侧板有两种气流通道，一是翅片弯曲段、平面段、气流分区导流板外表面，二是翅片弯曲段、平面段、内凹所在气流分区导流板外表面、侧板内侧面构成气流通道。效果：降低垢阻系数、节约消耗，方便多根基管安装固定。结构紧凑、制造成本也低。

Description

一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇
技术领域
本发明涉及换热技术领域、能源节约技术领域。尤其是涉及并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇。
背景技术
申请人之前申请名为“带气流分区的连续型H型翅片管”的专利申请（申请号2021114692883），设置有气流分区槽，管外气流不直接流过基管正面和背面，减少管外气流流动方向变化和减小流动速度变化幅度，降低了低效的气体流动阻力损失。同时不容易造成杂质运动停滞，避免杂质结垢粘附，垢阻系数小。翅片表面设置波纹时改变了翅片间通道的气流方向，破坏边界层，强化对流传热。在实现相同传热任务时，风机动力消耗降低；或者相同风机动力消耗时，提高了传热量；节约了管外气流对流传热的能源消耗。申请人在研究过程中发现，单个基管连接H型翅片效果良好，每根H型翅片管相互独立，互不影响。但实践中省煤器、空冷器等换热器产品往往是多根基管并联，若在每根基管上单独连接翅片簇组成H型翅片管，再组合起来，存在管外空气流进、流出翅片局部阻力损失多，以及产品加工制造时间长的问题，而且基管悬空，H型翅片又重，缺少支撑物，基管长了会有较大弯曲形变，所以基管也不能制作的很长，基管短就减少了流体流动长度，要达到足够传热量，就要有足够的基管和翅片换热面积，基管与管箱的连接造成换热器占空间增大，结构不够紧凑。于是研究人员进一步改进了有气流分区的连续型H型翅片管。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术存在的问题和不足，提供一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，改善H型翅片管传热及流动性能和制作加工效率。
本发明的技术方案：一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，包括基管、气流分区形成结构件、翅片簇、侧板，基管上下并排多个，翅片簇对称设两组，每组翅片簇横截面为连续弯折蛇形形状，翅片簇内侧面设内凹，内凹部位与圆形截面基管外形匹配；侧板连接在翅片簇外侧面，将翅片簇外侧面封闭，侧板的长度、高度与翅片簇外侧面的长度与高度相同，所述气流分区形成结构件为气流分区导流板，气流分区导流板含有上下封闭面板和侧面板，上下封闭面板将两组翅片簇间与最外的基管的空间封闭连接，气流分区导流板侧面板的横截面形状与翅片簇内侧面相同，分为平面区段和弧形区段，气流分区导流板侧面板外表面的平面区段、弧形区段凸面与对应翅片簇内侧面竖直区段、内凹连接，气流分区导流板侧面板内表面的弧形区段凹面与上下并排的多个基管外表面连接，单侧翅片簇与气流分区导流板、侧板构成两种气流通道，分别是翅片弯曲段、平面段、气流分区导流板外表面构成气流通道，翅片弯曲段、平面段、内凹所在气流分区导流板外表面、侧板内侧面构成气流通道。
所述气流分区导流板上下封闭面板为平面或含有弧形面，弧形面高于翅片簇顶部。
所述气流分区导流板与翅片簇沿基管长度方向对称布置，气流分区导流板上下封闭面板边沿连接有朝下的对接板，对接板在纵向对称面位置接触连接。
进一步的，气流分区导流板上下封闭面板为平面，对接板与平面间设有弧状或矩形过渡，对接板边缘与基管外壁相连，两个对接板接触连接，弧状或矩形过渡靠在一起形成U形截面轮廓形状或槽钢形截面形状；或气流分区导流板上下封闭面板含有弧形面，弧形面上边沿直接连接对接板，对接板边缘与基管外壁相连，两个对接板接触连接，两个弧形面靠在一起截面呈U形。
所述气流分区导流板在两个基管之间的区段设有伸缩节，伸缩节为两个基管之间的气流分区导流板弯折形成的槽状结构。气流分区导流板制作时采用矩形整板压制成型即可。
优选的：伸缩节截面为半圆形或U形或V形。
进一步的：所述翅片的平面段表面沿气流方向布置有波纹状凹凸，翅片波纹状凹凸展开系数为1.02～1.2，节距3～5mm；波纹形状有沿气流方向的横波纹或纵波纹。
优选的，单侧翅片簇为整块矩形板弯折制成，基管与气流分区导流板之间、翅片簇与气流分区导流板、翅片簇与侧板之间、两侧气流分区导流板接触缝隙连接方式为钎焊，连接处为密实面接触，避免空隙、增加传热。
优选的，翅片簇开设气流通道与气流通道的连通孔，开孔率为0.05～0.2，连通孔为圆形或长圆形或矩形，开孔当量直径1～3mm。
优选的：平面段与平面段间距范围为1.5～6mm；H型翅片管簇的翅化率为6～23。
本发明的有益效果：本发明除了气流分区降低垢阻系数、节约管外气流对流传热能源消耗外，还能方便多根基管安装固定气流分区连续型H型翅片。多根基管两侧由H型翅片管簇连接支撑，也能做的更长，使换热器整体长宽高合理分布，结构紧凑，适应换热器所在空间布局。多根基管共用翅片，消除两根基管翅片之间空气进出流到的局部阻力，制造成本也低。
附图说明
图1是本发明迎风侧、出风侧均为槽钢形截面形状的结构示意图；
图2是本发明迎风侧U形截面轮廓形状、出风侧为槽钢形截面形状结构示意图；
图3是本发明迎风侧、出风侧均为U形截面轮廓形状的结构示意图；
图4是图1的断面图；
图5是图2的断面图；
图6是图3的断面图；
图7是图1的俯视图；
图8是本发明的槽钢形截面气流分区导流板单边结构图；
图9是本发明的一端槽钢形截面一端U形截面气流分区导流板单边结构图；
图10是本发明的U形截面气流分区导流板单边结构图；
图11是图8的侧视图；
图12是图9的侧视图；
图13是图10的侧视图；
图中1-基管、2-气流分区导流板、3-翅片簇、4-侧板、5-弧形区段、6-伸缩节。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更为详细的说明。以下实例有利于本领域技术人员更好地理解本发明，但不以任何形式限制本发明。并且应当指出，对于本研究领域的技术人员来说，在本发明的基础上做出的等同性改造，都属于本发明的保护范围。
图1-6为本发明的结构示意图，本发明包含多根圆形截面的基管1、两组蛇形的翅片簇3、两个气流分区导流板2和两个侧板4。翅片簇3内侧面设内凹，内凹通过气流分区导流板2与基管1外表面连接。
如图1-6所示，一种管外气流分区的H型翅片管簇，其横断面上，基管居中间，两侧对称布置通过气流分区导流板2与基管1相连的翅片簇3，两侧翅片簇3之间有一定的间距，间隔空间布置两个气流分区导流板2，两侧翅片簇3的外部设置侧板4。基管截面为圆形，基管有一定的厚度。单侧翅片簇纵截面有四个周边，其四个周边是：不与基管接触连接的三个翅片簇外边轮廓线为直线，与气流分区导流板2接触连接的翅片簇内边轮廓线有直线和圆弧线，直线和圆弧线交替接续，圆弧线为气流分区导流板2弧形区段5凸面匹配。气流分区导流板的外侧面（贴近翅片簇3的那一侧面）有平面和弧形面：平面与翅片簇3内侧面连接，弧形面凸面与内凹所在侧面连接，气流分区导流板2顶面为平面或含有弧形面，弧形面高于翅片簇3顶部。
气流分区导流板有一定的厚度。H型翅片管簇的横断面外轮廓分为三种情况：1）基本呈矩形（图1），用于多管管束中间位置；2）单边翼型（图2），用于多管管束迎风侧或出风侧；3）双边翼型（图3），用于单管程管束。横截面上，H型翅片管簇两侧对称（以过基管中心线的垂直剖面对称）；单侧翅片簇上下可不对称（内凹不在翅片簇上下方向上平均分布），气流分区导流板上下可不对称（可以一头是平面、另一头是弧面的，或者弧面高度可以不一致）。
H型翅片管簇的横截面上，翅片簇表面可为平面或设有扰流波纹凹凸，有横波纹或纵波纹；翅片簇传热面上可开设连通孔，连通孔用来平衡相邻通道的压力，也能增加扰流。扰流波纹凹凸和连通孔的设置与名为“带气流分区的连续型H型翅片管”的专利申请设置方式和作用基本相同。
翅片簇的气流通道间距范围为1.8～4mm，H型翅片管簇的翅化率为6～23。翅片簇的气流通道间距根据H型翅片管簇所应用的环境而定。翅片簇上开设连通孔时；开孔率为0.05～0.2，连通孔形状为圆形、长圆形、矩形等，开孔当量直径1～3mm。
翅片簇传热面基本形状为平壁，根据场合需要翅片簇表面设定扰流波纹，波纹展开系数为1.02～1.2，节距3-5mm；波纹形状有沿气流流动方向的横波纹或纵波纹。波纹分为改变流向和改变流速两类，一般为改变流向类。
翅片簇的截面形状为蛇形。蛇形的波高为一个空气流道的宽度，蛇形的翅片簇的间距为一个空气流道的厚度，与基管相连区域的蛇形的翅片簇波高连续渐变，变化幅度为圆弧的弦高，弦高大于零，小于等于基管外半径；与基管相连区域的蛇形的翅片簇波峰处有一定的接触宽度，其余位置的波峰和波谷处可为圆弧形或矩形。蛇形的波高和间距根据具体流动和传热优化确定。
如图4、5、6、8、9、10所示，气流分区导流板顶面、底面是平面或弧面，还设有垂下来的对接板。当是平面时，对接板与平面间设有弧状或矩形过渡，对接板边缘与基管1外壁相连，两个对接板接触连接，弧状或矩形过渡靠在一起形成U形截面轮廓形状或槽钢形截面形状。当是弧面时，弧形面上边沿直接连接对接板，对接板边缘与基管1外壁相连，两个对接板接触连接，两个弧形面靠在一起截面呈U形（U形中间是对接板）。
如图8、9、10所示，气流分区导流板2在两个基管之间的区段设有横向设置的伸缩节6，伸缩节6为两个基管之间的气流分区导流板2弯折形成的槽状结构。伸缩节作用也是用来补偿气流方向热变形差。伸缩节截面可为半圆形、U形、V形。
气流分区导流板2的外侧面与翅片簇的波峰表面相连。气流分区导流板2的内侧面与基管相交位置连续相连。侧板4钎焊连接在翅片簇的侧边蛇形波峰上。单侧翅片簇3为整块矩形板弯折制成，基管1与气流分区导流板2之间、翅片簇3与气流分区导流板2、翅片簇3与侧板4之间、两侧气流分区导流板2接触缝隙连接方式为钎焊。使连接处为密实面接触，连接面的热阻小，以避免空隙、形成良好传热。
相对设置的两侧翅片簇之间的间距L小于基管外直径D，其范围为0.3D≤L＜D，其大小根据应用场合的动力消耗敏感度、气流清洁程度而确定。
如图1-6所示，基管内部流动的换热流体一般为液体，或为气流冷凝、压力气流；管外换热介质为低压或微压气体，两侧流体成错流换热，管外气流流过H形翅片管簇时气流转向幅度小，气流转向阻力损失低，气流速度变化幅度小，沿程流阻小。流体数值模拟分析表明，与现有相同基管规格的绕片翅片管三角形排列相比，在实现相同传热任务时，在迎风面风速为3.5m/s时，H型翅片管簇的流动压损降低14%；或者相同风机动力消耗时，提高了管外对流传热系数19.2%；总体上，节约了管外气流对流传热的能源消耗。由于气流流动速度变化幅度小，不容易造成杂质运动停滞，进而避免杂质堆积粘附结垢，管外传热性能也更加稳定持久，垢阻系数小，明显地提高H型翅片管的流动和传热性能。

Claims (10)

1.一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，包括基管（1）、气流分区形成结构件、翅片簇（3）、侧板（4），基管（1）上下并排多个，翅片簇（3）对称设两组，每组翅片簇（3）横截面为连续弯折蛇形形状，翅片簇（3）内侧面设内凹，内凹部位与圆形截面基管（1）外形匹配；侧板（4）连接在翅片簇（3）外侧面，将翅片簇（3）外侧面封闭，侧板（4）的长度、高度与翅片簇（3）外侧面的长度与高度相同，其特征是：所述气流分区形成结构件为气流分区导流板（2），气流分区导流板（2）含有上下封闭面板和侧面板，上下封闭面板将两组翅片簇（3）间与最外的基管（1）的空间封闭连接，气流分区导流板侧面板的横截面形状与翅片簇内侧面相同，分为平面区段和弧形区段（5），气流分区导流板侧面板外表面的平面区段、弧形区段（5）凸面与对应翅片簇（3）内侧面竖直区段、内凹连接，气流分区导流板侧面板内表面的弧形区段（5）凹面与上下并排的多个基管（1）外表面连接，单侧翅片簇（3）与气流分区导流板（2）、侧板（4）构成两种气流通道，分别是翅片弯曲段、平面段、气流分区导流板（2）外表面构成气流通道，翅片弯曲段、平面段、内凹所在气流分区导流板（2）外表面、侧板（4）内侧面构成气流通道。
2.根据权利要求1所述的一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，其特征是：所述气流分区导流板（2）上下封闭面板为平面或含有弧形面，弧形面高于翅片簇（3）顶部。
3.根据权利要求1所述的一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，其特征是：所述气流分区导流板（2）与翅片簇（3）沿基管长度方向对称布置，气流分区导流板（2）上下封闭面板边沿连接有朝下的对接板，对接板在纵向对称面位置接触连接。
4.根据权利要求3所述的一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，其特征是：气流分区导流板（2）上下封闭面板为平面，对接板与平面间设有弧状或矩形过渡，对接板边缘与基管（1）外壁相连，两个对接板接触连接，弧状或矩形过渡靠在一起形成U形截面轮廓形状或槽钢形截面形状；或气流分区导流板（2）上下封闭面板含有弧形面，弧形面上边沿直接连接对接板，对接板边缘与基管（1）外壁相连，两个对接板接触连接，两个弧形面靠在一起截面呈U形。
5.根据权利要求1所述的一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，其特征是：所述气流分区导流板（2）在两个基管之间的区段设有伸缩节（6），伸缩节（6）为两个基管之间的气流分区导流板（2）弯折形成的槽状结构。
6.根据权利要求5所述的一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，其特征是：伸缩节截面为半圆形或U形或V形。
7.根据权利要求1所述的一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，其特征是：所述翅片的平面段表面沿气流方向布置有波纹状凹凸，翅片波纹状凹凸展开系数为1.02～1.2，节距3～5mm；波纹形状有沿气流方向的横波纹或纵波纹。
8.根据权利要求1所述的一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，其特征是：单侧翅片簇（3）为整块矩形板弯折制成，基管（1）与气流分区导流板（2）之间、翅片簇（3）与气流分区导流板（2）、翅片簇（3）与侧板（4）之间、两侧气流分区导流板（2）接触缝隙连接方式为钎焊，连接处为密实面接触。
9.根据权利要求1所述的一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，其特征是：翅片簇（3）开设气流通道与气流通道的连通孔，开孔率为0.05～0.2，连通孔为圆形或长圆形或矩形，开孔当量直径1～3mm。
10.根据权利要求1所述的一种并列多管且构成气流分区的连续型H型翅片管簇，其特征是：平面段与平面段间距范围为1.5～6mm；H型翅片管簇的翅化率为6～23。
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