CN217585469U - 三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器，包括具有叉排排列的圆管和设有圆孔的平直翅片，所述圆管通过圆孔将若干层平直翅片串连套装固定，平直翅片通过冲压形成三角形波纹涡产生器和冲孔，所述三角形波纹涡产生器位于靠近流体流入方向的圆管上游方向，所述冲孔位于远离流体流入方向的三角形波纹涡产生器的背侧，位于圆管上的平直翅片与相邻平直翅片的间距相同；通过二次流强化传热，主要是在换热表面上安装扰流柱和涡产生器等形成二次流，其中，流体流过涡产生器产生的二次流包括了旋转轴与流体主流方向垂直的横向涡，以及旋转轴与主流方向一致的纵向涡，纵向涡能够显著增强流体的扰动，致使边界层减薄或者破坏，进而实现增强换热的目标。

Description

三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器

技术领域

本实用新型属于技术领域，具体涉及三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器。

背景技术

随着制造技术的进步，材料科学技术研究的深入，传热理论的不断完善和急需提高换热器性能的需求，人们对最初的换热器进行了各种各样的研究和改造，圆管管翅式换热器作为热量传递过程中的通用设备，最近几十年广泛应用于机车换热器、制冷、石油化工、动力等行业。由于换热器的整体性能影响能源的有效利用，提高换热器的性能已成为许多行业急待解决的问题，为此我们提出三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器，包括设有圆孔的平直翅片，圆管沿着流体流动方向叉排布置，圆管通过圆孔将若干层平直翅片串连套装固定，平直翅片通过冲压形成三角形波纹涡产生器和冲孔，所述三角形波纹涡产生器位于靠近流体流入方向的圆管上游方向，所述冲孔位于远离流体流入方向的三角形波纹涡产生器的背侧，位于圆管上的平直翅片与相邻平直翅片的间距相同，三角形波纹涡产生器与上层的平直翅片之间预留一定间隙。

进一步地，每个圆管横向两侧的三角形波纹涡产生器的波纹数为三个。

进一步地，三角形波纹涡产生器以圆管的横向中心线上下对称分布，三角形波纹涡产生器的位置以其中心点到圆孔圆心的距离R和角度θ确定，以顺时针方向为正方向，逆时针方向为负方向，角度θ的范围为θ＝-45°～45°，且距离R与圆孔半径r的比值为R/r＝1.68～2.02。

进一步地，所述三角形波纹涡产生器其中心点到圆孔圆心的连线与来流方向的攻击角β的范围为β＝30°～75°。

进一步地，所述三角形波纹涡产生器的翼高H为相邻平直翅片间距的0.6～0.9倍，所述三角形波纹涡产生器的底边L为翼高H的2倍，所述三角形波纹涡产生器的振幅A与底边L的比值A/L＝0.085～0.127。

进一步地，所述圆管与平直翅片通过圆孔套装固定连接。

相比于现有技术，本实用新型的有益效果在于：

二次流强化传热是无源强化传热技术的一种常见方式，是目前强化传热技术研究的热门方向。本设计与主流强化传热不同，通过二次流强化传热主要通过在换热表面上安装扰流柱和涡产生器等形成二次流，其中，流体流过涡产生器产生的二次流包括了旋转轴与流体主流方向垂直的横向涡，以及旋转轴与主流方向一致的纵向涡，纵向涡能够显著增强流体的扰动，致使边界层减薄或者破坏，进而实现增强换热的目标。通常在换热表面采取冲压的方法就能加工形成涡产生器，不仅操作简单便利，而且易于实现批量化生产。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

图1为本实用新型的立体图；

图2为本实用新型的俯视图；

图3为本实用新型三角形波纹涡产生器的角度示意图；

图4为本实施例在圆心角θ＝-30°时不同攻击角β对JF的影响图；

图5为本实施例在攻击角β＝30°时不同圆心角θ对JF的影响图。

图中：1、圆孔；2、平直翅片；3、圆管；4、三角形波纹涡产生器；5、冲孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-图3，本实用新型提出的一种技术方案：三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器，包括圆孔1、平直翅片2、圆管3、三角形波纹涡产生器4以及冲孔5，平直翅片2上设有用于套装圆管3的圆孔1，圆管3贯穿平直翅片2，圆管3与平直翅片2通过圆孔1套装固定连接，若干层平直翅片2通过圆管3串连固定，平直翅片2通过冲压形成三角形波纹涡产生器4和冲孔5，三角形波纹涡产生器4位于靠近流体流入方向的圆管3上游方向，冲孔5位于远离流体流入方向的三角形波纹涡产生器4的背侧，位于圆管3上的平直翅片2与相邻平直翅片2的间距相同，三角形波纹涡产生器4与上层的平直翅片2之间预留一定间隙。

其中，每个圆管3横向两侧的三角形波纹涡产生器4的波纹数为三个，基于不同的强化传热特点将强化传热技术分为有源、无源和组合强化传热技术三大类。有源强化传热技术主要是通过磁场、电场、喷射、抽吸、振动以及机械辅助等消耗外部能量以达到增强换热的强化传热方式；无源强化传热技术无需消耗外部能量就能达到换热增强的效果，如采用一些粗糙的、处理过的或者延伸的换热表面，液体和气体添加剂，表面张力和涡流装置等；组合传热强化技术为同时使用两种或者两种以上的强化传热方式，无源强化传热技术因为不需要外部能量，减少了换热器之外的辅助设备，降低了运行成本，同时提高了换热过程的稳定性和可靠性，应用范围广泛。二次流强化传热是无源强化传热技术的一种常见方式，是目前强化传热技术研究的热门方向。与主流强化传热不同，二次流强化传热主要通过在换热表面上安装扰流柱和涡产生器等形成二次流。

具体的，三角形波纹涡产生器4以圆管3的横向中心线上下对称分布，三角形波纹涡产生器4的位置以其中心点到圆孔1圆心的距离R和角度θ确定，以顺时针方向为正方向，逆时针方向为负方向，圆心角θ＝-30°，且距离R与圆孔1半径r的比值为R/r＝1.8。

具体的，三角形波纹涡产生器4其中心点到圆孔1圆心的连线与来流方向的攻击角β的取值为β＝30°。

具体的，三角形波纹涡产生器4的翼高H为相邻平直翅片2间距的0.75倍，三角形波纹涡产生器4的底边L为翼高H的2倍，三角形波纹涡产生器4的振幅A与底边L的比值A/L＝0.1。

图4和图5为三角形波纹小翼式涡产生器在不同攻击角和圆心角下对JF的影响，JF为强化传热综合性能评价因子，定义式为JF＝(Nu/Nu₀)/(f/f₀)^1/3，其中，Nu₀和f₀为无涡产生器光通道下的努塞尔数和摩擦系数，从图中可以看出在Re为1000～5000的范围内，JF均大于1，说明强化传热效果较好。并且，在攻击角β＝30°且圆心角θ＝-30°时的强化传热效果是众多三角形波纹小翼式涡产生器布置位置中最好的。

本实用新型的工作原理及使用流程：高温液体或蒸汽在圆管3中流动时，通过对流把热量传递到圆管3内壁，内壁再通过热传导的方式将热量传递到外壁与平直翅片2上，外壁和平直翅片2最后以强制对流和热辐射的方式加热流过其平直翅片2通道内的空气，以此达到热量交换的目的；

由于圆管3的存在，流体经过时通道收缩，流体流动受到阻碍，使得流体以较大的速度在管前流动，因此管前的换热效果较好，当将一对以圆管3的横向中心线上下对称分布的三角形波纹涡产生器4置于圆管3上游，流体流经时会改变其流动方向，引导流体与圆管3进行对流换热，进一步加大圆管管翅式换热器的整体换热性能，同时三角形波纹涡产生器4与圆管3表面之间形成一个狭窄的、类似喷嘴的通道，主流可在此处加速流到圆管3后，并且三角形波纹涡产生器4产生二次流，大幅度增强了通道内的二次流强度，从而改善了平直翅片2表面上的换热性能；当将一对以圆管3的横向中心线上下对称分布的三角形波纹涡产生器4置于圆管3下游，能够引导更多的流体流经圆管3尾部，抑制了圆管3后侧流体分离，使得圆管3后尾迹区域减小，改善此处的换热性能，同时减小圆管3后尾迹区域的流动阻力损失。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于：包括设有圆孔(1)的平直翅片(2)，圆管(3)沿着流体流动方向叉排布置，圆管(3)通过圆孔(1)将若干层平直翅片(2)串连套装固定，平直翅片(2)通过冲压形成三角形波纹涡产生器(4)和冲孔(5)，所述三角形波纹涡产生器(4)位于靠近流体流入方向的圆管(3)上游方向，所述冲孔(5)位于远离流体流入方向的三角形波纹涡产生器(4)的背侧，位于圆管(3)上的平直翅片(2)与相邻平直翅片(2)的间距相同，三角形波纹涡产生器(4)与上层的平直翅片(2)之间预留一定间隙。

2.根据权利要求1所述的三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于：每个圆管(3)横向两侧的三角形波纹涡产生器(4)的波纹数为三个。

3.根据权利要求1所述的三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于：三角形波纹涡产生器(4)以圆管(3)的横向中心线上下对称分布，三角形波纹涡产生器(4)的位置以其中心点到圆孔(1)圆心的距离R和角度θ确定，以顺时针方向为正方向，逆时针方向为负方向，角度θ的范围为θ＝-45°～45°，且距离R与圆孔(1)半径r的比值为R/r＝1.68～2.02。

4.根据权利要求3所述的三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于：所述三角形波纹涡产生器(4)其中心点到圆孔(1)圆心的连线与来流方向的攻击角β的范围为β＝30°～75°。

5.根据权利要求1所述的三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于：所述三角形波纹涡产生器(4)的翼高H为相邻平直翅片(2)间距的0.6～0.9倍，所述三角形波纹涡产生器(4)的底边L为翼高H的2倍，所述三角形波纹涡产生器(4)的振幅A与底边L的比值A/L＝0.085～0.127。

6.根据权利要求1所述的三角形波纹涡产生器式圆管管翅换热器，其特征在于：所述圆管(3)与平直翅片(2)通过圆孔(1)套装固定连接。

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