CN219037719U - 一种具有翼型翅片的板式热交换器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有翼型翅片的板式热交换器，涉及热交换器及换热技术领域，包括层叠设置的多层换热板，换热板上均设置有多个翼型翅片，翼型翅片沿流向间隔排列，各换热板与其两侧相邻的换热板之间形成第一流道和第二流道，翼型翅片外表面设置有多个平行于翼型翅片厚度方向的凹槽，工质在第一通道和第二通道流动时，因为流速过快，通道内流速较高，在高流速下，流体为湍流流动，流体流经翅片时会在翅片中后部产生较大回流涡结构，使得流体阻力增大，而工质在流经凹槽前部时，增加了凹槽内壁面附近流体的动能，引起局部处边界层再附着并延迟流动分离，从而减少回流涡的产生，进而减小了工质在流动时的阻力，并且保证了传热效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及热交换器及换热技术领域，具体涉及一种具有翼型翅片的板式热交换器。
背景技术
超临界二氧化碳布雷顿循环动力及发电系统是目前公认的极具潜力的新型能源动力发电系统之一。超临界二氧化碳具有临界温度与环境温度相近、工质能量密度高、拟临界区压缩性能好的特点，使得超临界二氧化碳布雷顿循环系统相比同功率等级蒸汽朗肯循环具有如下优势：循环系统结构简单，中高温下效率高，系统重量轻体积小，可应用于火力发电、集中式光热发电、核工业、先进动力系统等领域。
目前，超临界二氧化碳布雷顿循环系统主要采用印刷电路板式热交换器(PCHE)作为系统热交换器，该印刷电路板式热交换器(PCHE)通过化学蚀刻方式在金属板片上蚀刻出细小流道(水力直径0.1～3mm)，利用扩散焊接的方法将多层换热板片组成换热芯体。国内外主要应用的PCHE通道结构为直通道、Z型、S型、机翼型等结构，通道水力直径在1mm左右，紧凑度大约在1600m2/m3左右。目前研究显示，在预冷器内，超临界二氧化碳处于中压中温(10MPa&100℃)状态，密度低、粘性小的特点决定了工质流量大，热交换器进口的Re数大，通道内流速较高，流体为湍流流动传热状态。流体流经传热元件会产生较大回流涡结构，使得流体阻力增大，从而增加了压缩机耗功影响布雷顿系统循环效率。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种具有翼型翅片的扩散焊接热交换器，以解决上述现有技术存在的问题，使工质的流动阻力减小，具有良好的传热性能。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
本实用新型提供一种具有翼型翅片的板式热交换器，包括多个换热板，多个所述换热板层叠设置，相邻的两个所述换热板之间固定设置有多个翼型翅片，所述翼型翅片沿流向间隔排列，各换热板与其两侧相邻的换热板之间分别形成第一流道和第二流道，所述第一流道用于流通所述低温工质，所述第二流道用于流通所述高温工质；所述翼型翅片外表面设置有多个平行于所述翼型翅片厚度方向的凹槽。
优选的，所述凹槽的长度等于所述翼型翅片的厚度。
优选的，所述凹槽为“V”型凹槽、半圆形凹槽或矩形凹槽。
优选的，所述第一流道中所述第一工质的流向和所述第二流道中第二工质的流向相反。
优选的，所述第一流道和所述第二流道的水力直径为0.6～1mm。
优选的，层叠设置的所述换热板通过扩散焊接固定为一体；所述凹槽通过激光烧蚀工艺加工形成。
优选的，所述翼型翅片与所述换热板平行的任意一个截面均为钝尾缘翼型。
优选的，所述翼型翅片与所述换热板平行的任意一个截面的尾缘末梢均为弧形。
优选的，所述翼型翅片错列排布，每列所述翼型翅片相互平行且间距相等。
优选的，所述凹槽连续布置在所述翼型翅片的中部和后缘部分。
本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
本实用新型提供了一种具有翼型翅片的板式热交换器，设置有多个翼型翅片，翼型翅片沿流向间隔排列，翼型翅片外表面设置有多个沿所述翼型翅片厚度方向延伸的凹槽，工质在第一通道和第二通道流动时，因为速度较快，流体为湍流传热，湍流在流经翅片时，因为流速过快，通道内流速较高，在高流速下，流体为湍流流动，流体流经翅片时会在翅片中后部产生较大回流涡结构，使得流体阻力增大，工质流动困难。而设置了凹槽后，工质在流经凹槽前部时，流体会在凹槽的前缘发生局部分离并产生剪切层不稳定，在垂直于壁面的方向产生一定的速度扰动，增加了凹槽内壁面附近流体的动能，引起局部处边界层再附着并延迟流动分离，从而减少回流涡的产生。当流体经过若干个凹槽时，都重复上述过程，进而减小了工质在流动时的阻力，并且保证了传热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提供的一种具有翼型翅片的板式换热器的示意图；
图2为本实用新型提供的一种具有翼型翅片的板式换热器的换热板的示意图；
图3为本实用新型提供的一种具有翼型翅片的板式换热器的换热板的设置有“V”型凹槽的翼型翅片示意图；
图4为本实用新型提供的一种具有翼型翅片的板式换热器的换热板的设置有半圆形凹槽的翼型翅片示意图
图5为本实用新型提供的一种具有翼型翅片的板式换热器的换热板的设置有矩形凹槽的翼型翅片示意图
图中：1-换热板、2-翼型翅片、3-第一流道、4-第二流道、5-凹槽、6-尾缘末梢。
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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型的目的是提供一种具有翼型翅片的板式热交换器，以解决上述现有技术存在的问题，使工质的流动阻力减小，具有良好的传热性能。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型提供一种具有翼型翅片的板式热交换器，如图1～5所示，包括多个换热板1，多个换热板1层叠设置，相邻的两个换热板1之间固定设置有多个翼型翅片2，翼型翅片2沿流向间隔排列，各换热板1与其两侧相邻的换热板1之间分别形成第一流道3和第二流道4，第一流道3用于流通低温工质，第二流道4用于流通高温工质；翼型翅片2外表面设置有多个平行于翼型翅片2厚度方向的凹槽5，工质在第一流道3和第二流道4流动时，因为速度较快，流体为湍流传热，湍流在流经翼型翅片2时，通道内流速较高，湍流流体从翼型翅片2表面流过会在中后部产生较大回流涡结构，使得流体阻力增大，工质流动困难，而设置了凹槽5后，工质在流经凹槽5的前部时，流体会在凹槽5的前缘发生局部分离并产生剪切层不稳定，在垂直于壁面的方向产生一定的速度扰动，增加了凹槽5内壁面附近流体的动能，引起局部处边界层再附着并延迟流动分离，从而减少回流涡的产生。当流体经过若干个凹槽5时，都重复上述过程，进而减小了工质在流动时的阻力，并且保证了传热效率。
在本实施例可选的方式中，较为优选的，第一流道3用于低温低压工质的流动，第二流道4用于高温高压工质的流动。
在本实施例可选的方式中，凹槽5的长度等于翼型翅片2的厚度，使得翼型翅片2的厚度方向上均具有凹槽5，凹槽5为“V”型凹槽5、半圆形凹槽5或矩形凹槽5，上述“V”型、半圆形和矩形指凹槽5与换热板1平行的截面为“V”型、半圆形或矩形，但本实用新型中的凹槽5不限于“V”型凹槽5、半圆形凹槽5或矩形凹槽5，其他能够减缓工质流动分离的凹槽5形状也可。较为优选的，凹槽5连续设置在翼型翅片2的中部和后缘部，因为工质在流经翼型翅片2使容易在翼型翅片2的中部和后缘的位置形成较大的回流涡结构，将凹槽5连续布置在翼型翅片2的中部和后缘部能够有效防止较大回流涡的形成。
在本实施例可选的方式中，较为优选的，第一流道3中的低温工质的流向和第二流道4中的高温工质的流向相反，实现纯逆流换热，第一流道3中的工质和第二流道4中的工质温差较大，能够提高换热效率。
在本实施例可选的方式中，较为优选的，第一流道3和第二流道4的水力直径为0.6～1mm。
在本实施例可选的方式中，层叠设置的换热板1通过扩散焊接固定为一体；凹槽5通过激光烧蚀工艺加工形成，翼型翅片2与换热板1平行的任意一个截面为均具有钝尾缘的翼型，较为优选的，翼型翅片2与换热板1平行的任意一个截面的尾缘末梢6为均弧形，优选的为圆弧形，但是本实用新型中的翼型翅片2与换热板1平行的任意一个截面的尾缘末梢6的形状也能够为其他的弧形形状。现有的机翼型传热元件(即翼型翅片)参照NACA0020型线设计，虽然能够降低流动过程中边界层分离，从而降低一定的流动阻力，但尾缘末梢过于尖锐导致加工精度较低，在使用过程中产生应力集中导致容易损坏，并导致实际减阻效果并不如设计。并且翼型翅片2的头部区与尾缘区宽度差异大，导致扩散焊接过程翼型翅片2的受力与变形难以控制，使用钝尾缘翼型翅片2和弧形的尾缘末梢6能够有效的防止因流体冲刷而导致翼型翅片2的损坏，且钝尾缘翼型在扩散焊接的过程中，不容易发生应力集中的情况，方便制造和使用。但本实用新型中的翼型翅片2的翼型不限于具有钝尾缘的翼型，其他翼型形状也可。
在本实施例可选的方式中，较为优选的，翼型翅片2错列排布，相邻两列中的翼型翅片2错开有一定的距离，每列翼型翅片2相互平行且间距相等，能够形成较为均匀的流道，从而使得工质能够均匀的换热。
本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种具有翼型翅片的板式热交换器，包括多个换热板，多个所述换热板层叠设置，其特征在于：相邻的两个所述换热板之间固定设置有多个翼型翅片，所述翼型翅片沿流向间隔排列，各换热板与其两侧相邻的换热板之间分别形成第一流道和第二流道，所述第一流道用于流通低温工质，所述第二流道用于流通高温工质；所述翼型翅片外表面设置有多个平行于所述翼型翅片厚度方向的凹槽。
2.根据权利要求1所述的具有翼型翅片的板式热交换器，其特征在于：所述凹槽的长度等于所述翼型翅片的厚度。
3.根据权利要求1所述的具有翼型翅片的板式热交换器，其特征在于：所述凹槽为“V”型凹槽、半圆形凹槽或矩形凹槽。
4.根据权利要求1所述的具有翼型翅片的板式热交换器，其特征在于：所述第一流道中所述低温工质的流向和所述第二流道中所述高温工质的流向相反。
5.根据权利要求1所述的具有翼型翅片的板式热交换器，其特征在于：所述第一流道和所述第二流道的水力直径为0.6～1mm。
6.根据权利要求1所述的具有翼型翅片的板式热交换器，其特征在于：层叠设置的所述换热板通过扩散焊接固定为一体；所述凹槽通过激光烧蚀工艺加工形成。
7.根据权利要求1所述的具有翼型翅片的板式热交换器，其特征在于：所述翼型翅片与所述换热板平行的任意一个截面均为钝尾缘翼型。
8.根据权利要求7所述的具有翼型翅片的板式热交换器，其特征在于：所述翼型翅片与所述换热板平行的任意一个截面的尾缘末梢均为弧形。
9.根据权利要求1所述的具有翼型翅片的板式热交换器，其特征在于：所述翼型翅片错列排布，每列所述翼型翅片相互平行且间距相等。
10.根据权利要求1所述的具有翼型翅片的板式热交换器，其特征在于：所述凹槽连续布置在所述翼型翅片的中部和后缘部分。
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