橢圓管管翅式換熱器流線型變波幅拋物形波紋翅片的制作方法
【專利摘要】一種橢圓管管翅式換熱器流線型變波幅拋物形波紋翅片，根據(jù)擴(kuò)展翅片表面和引導(dǎo)流體流動(dòng)的需要，在翅片上從氣流入口到出口擠壓出完整的橫斷面為拋物線形的流線型凸波紋4和凹波紋5。同一波谷、波峰連線均為流線。流線是翅片1所對(duì)應(yīng)管翅式換熱器平片翅片側(cè)通道沿管軸向中心截面上管尾不出現(xiàn)回流的流線。凸波紋4、凹波紋5沿縱向的波幅以需要波形14變化，波幅沿橫向以需要波形15包絡(luò)波紋谷峰變化。拋物線形的流線型波紋翅片可有效地改善流體流動(dòng)的流線性，減小了流動(dòng)阻力，翅片表面的凸/凹波紋增加了翅片表面面積，減小了傳熱熱阻，提高了翅片的整體換熱能力。
【專利說(shuō)明】橢圓管管翅式換熱器流線型變波幅拋物形波紋翅片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及橢圓管管翅式換熱器翅片，特別涉及一種橢圓管管翅式換熱器流線型變波幅拋物形波紋翅片。

【背景技術(shù)】
[0002]管翅式換熱器應(yīng)用廣泛。一般液體工質(zhì)在管內(nèi)流動(dòng)，氣體在管外側(cè)流動(dòng)。而氣體側(cè)熱阻占到此類換熱器總熱阻的70%-90%，是換熱環(huán)節(jié)的主要熱阻，減小空氣側(cè)的熱阻對(duì)提高換熱器整體換熱性能是非常重要的。而強(qiáng)化翅片可以增加翅片的換熱面積和加強(qiáng)空氣側(cè)的氣流擾動(dòng)，增大空氣側(cè)的換熱，從而提高換熱器的換熱性能。因此，強(qiáng)化換熱翅片，比如百葉窗、橫向波紋、開縫、渦產(chǎn)生器、間斷環(huán)面槽、菱形立刺等在管翅式換熱器中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
[0003]橢圓管管翅式換熱器由于其管子幾何結(jié)構(gòu)和圓管相比具有一定的流線性特點(diǎn)，但當(dāng)管子尺寸變大或流速提高時(shí)，流動(dòng)的流線性變差，流體掠過(guò)橢圓管流動(dòng)時(shí)的脫體引起流動(dòng)壓力損失較大，并在橢圓管尾部形成不利于傳熱的回流區(qū)。現(xiàn)用翅片不能改善流體流經(jīng)翅片側(cè)的流線性。因此，橢圓管管翅式換熱器翅片表面換熱性能有待進(jìn)一步提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的思路是通過(guò)在橢圓管管翅式換熱器翅片表面沖壓出流線型波紋引導(dǎo)流體按流線流動(dòng)，達(dá)到提高流體流動(dòng)流線性、減小流動(dòng)阻力，提高翅片換熱能力的目的。
[0005]為達(dá)到上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案是在翅片I上按照流線走向從氣流入口到出口連續(xù)沖壓出凸凹相間的流線型凸波紋4和流線型凹波紋5 ;同一波谷、波峰連線均為流線，波紋區(qū)域邊界8也是流線，且在沖壓前翅片(平片)中心面O— O上，以流函數(shù)值按需確定。
[0006]流線型凸波紋4和凹波紋5的波幅在縱向以所需波形16變化，比如，在流速高的區(qū)域(圓管周圍區(qū)域)波幅較小，在流速低的區(qū)域(前后排圓管之間區(qū)域)波幅較大。
[0007]不同的流線型凸波紋4和凹波紋5的波幅沿橫向按需要波形17包絡(luò)波紋谷峰變化，比如，在遠(yuǎn)離管子的區(qū)域的波紋波幅較大，在靠近管附近區(qū)域的波紋波幅較小。
[0008]所述的流線型翅片I的凸波紋4、凹波紋5的最小波幅為翅片間距的0.1—0.9倍。
[0009]所述的流線型翅片I的凸波紋4、凹波紋5的橫斷面形狀為拋物線，拋物線的確定方法是先把流線9一 15放置在沖壓前翅片(平片)中心面O— O上，這些流線和橫截面A-A的交點(diǎn)分別為9' 一 15'，然后分別確定交點(diǎn)10'和11'、11'和12'、12'和13'、13'和14'的中心點(diǎn)a、b、c和d,按波幅大小垂直中心面O—O上下移動(dòng)交點(diǎn)10' —14'分別到10" —14"，最后分別通過(guò)三點(diǎn)9,、10"和a，a、11"和b，b、12"和c，C、13"和d及d、14"和15'確定凸波紋4及凹波紋5的形狀拋物線方程。
[0010]所述的流線型翅片I的流線是翅片I所對(duì)應(yīng)管翅式換熱器平片翅片側(cè)通道沿管軸向中心截面上管尾不出現(xiàn)回流的流線。[0011 ] 所述的流線型翅片的凸波紋4、凹波紋5間距或數(shù)目依據(jù)波紋區(qū)域邊界8的流函數(shù)值按需確定。
[0012]所述的流線型翅片I上沖壓出的凸波紋4、凹波紋5相間分布并且分別關(guān)于孔2的縱、橫中心線對(duì)稱分布。
[0013]所述流線型翅片I上沖壓出橢圓環(huán)凸臺(tái)3，且在其頂部沖壓出一翻邊7，便于翅片穿管和確定片距。
[0014]所述流線型翅片I上沖壓出橢圓環(huán)凸臺(tái)3的高度可以變動(dòng)，用于調(diào)節(jié)翅片間距，焊接后凸臺(tái)緊緊地與橢圓管接觸，起到固定翅片減小熱阻的作用。
[0015]流線型翅片與管子組裝后，當(dāng)流體在多層流線型翅片空間流動(dòng)時(shí)，通過(guò)翅片表面的流線型凸凹波紋連續(xù)不斷的引導(dǎo)，流體主要沿著既定流線流動(dòng)，同時(shí)，流線型波紋波幅沿著流線方向按照需要曲線波形周期變化及不同波紋波幅沿橫向按所需波形包絡(luò)波紋谷峰變化進(jìn)一步減小了流動(dòng)壓力損失。翅片表面凸凹波紋同時(shí)增加了翅片表面面積，減小了傳熱熱阻，提聞了翅片的換熱能力。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是一種橢圓管管翅式換熱器流線型變波幅拋物形波紋翅片。
[0017]圖2是拋物形波紋型線確定方法示意圖。
[0018]圖1中標(biāo)號(hào):1.翅片；2.翅片上橢圓管孔；3.橢圓環(huán)凸臺(tái)；4.流線型凸波紋；
5.流線型凹波紋；6.拋物線波紋形狀；7.翻邊；8.波紋區(qū)邊界；16.波幅沿縱向變化波形；17.波幅沿橫向變化包絡(luò)波峰、波谷波形。
[0019]圖2中標(biāo)號(hào):9一 15流線；9' 一 15'是放置在在O— O面上的流線9一 15和橫截面A-A的交點(diǎn)；10" —14"是按波幅大小垂直中心面O —O上下移動(dòng)10' —14'后的對(duì)應(yīng)點(diǎn)；a、b、c和d分別是10'和11'、11'和12'、12'和13'、13'和14'的中點(diǎn)。

【具體實(shí)施方式】
[0020]參見圖1一2，本發(fā)明包括翅片I上的橢圓管孔2、橢圓環(huán)凸臺(tái)3、沖壓出的流線型凸波紋4、凹波紋5以及波紋形狀6。橢圓管孔2可以采用叉排或順排方式。橢圓環(huán)翻邊3的高度等于翅片間距，起到翅片定位的作用。橢圓環(huán)凸臺(tái)3的頂部略往外翻有一翻邊7，便于翅片穿管和翅片定位。流線型凸波紋4 (實(shí)線)與凹波紋5 (虛線)按照波紋區(qū)域邊界8的流函數(shù)值按需在波紋區(qū)域邊界8之間相間分布，且分別關(guān)于孔2的縱、橫中心線對(duì)稱分布。流線型凸波紋4與凹波紋5都沿著流線走向從氣流入口到出口連續(xù)分布。流線型凸波紋4與凹波紋5的波幅沿著流線方向按照需要的曲線波形16周期變化，比如，在流速高的區(qū)域(橢圓管周圍區(qū)域)降低波幅，在流速低的區(qū)域(前后排橢圓管之間區(qū)域)增加波幅。不同的流線型凸波紋4和凹波紋5的波幅沿橫向按需要的波形17包絡(luò)波紋谷峰變化，比如，在遠(yuǎn)離管子的區(qū)域的波紋波幅較大，在靠近管附近區(qū)域的波紋波幅較小。波紋最大波幅為翅片間距的0.1—0.9倍。根據(jù)先把流線9一 15放置在沖壓前翅片(平片)中心面O— O上，這些流線和橫截面A-A的交點(diǎn)分別為9' 一 15'，然后分別確定交點(diǎn)10'和11'、11'和12'、12^和13'、13^和14'的中心點(diǎn)a、b、c和d，按波幅大小垂直中心面O— O上下移動(dòng)交點(diǎn)10' —14'分別到10" —14"，最后分別通過(guò)三點(diǎn)V、10"和a，a、ll"和b，b、12"和c，c、13"和d及d、14"和15'確定凸波紋4及凹波紋5的形狀拋物線方程。
[0021]本發(fā)明在翅片I沖壓成型后，將翅片I經(jīng)橢圓孔2套裝在橢圓管上，翅片I間通過(guò)橢圓孔翻邊凸臺(tái)3定位，通過(guò)焊接、管內(nèi)試壓等一系列常規(guī)工藝之后就完成了整個(gè)管翅式換熱器的制作。
[0022]流線型波紋翅片的工作原理是:當(dāng)流體在流線型波紋翅片之間的通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，通過(guò)翅片表面的橫斷面為拋物線形的凸波紋4和凹波紋5的連續(xù)不斷的引導(dǎo)，部分流體在凸波紋4和凹波紋5形成的流線型通道內(nèi)流動(dòng)，流線型波紋的波幅沿縱向及沿橫向變化使得流動(dòng)在流線型通道內(nèi)流動(dòng)的壁面切應(yīng)力下降，明顯減小了流動(dòng)壓力損失。同時(shí)，拋物線形的凸波紋4和凹波紋5增加了翅片表面積、減小了翅片側(cè)傳熱熱阻，且流體流線型流動(dòng)使得橢圓管后不易產(chǎn)生回流區(qū)，橢圓管后部翅片的換熱性能也得到明顯提高。以上發(fā)明使得流線型波紋翅片具有較好的流動(dòng)與傳熱性能。
【權(quán)利要求】
1.橢圓管管翅式換熱器流線型變波幅拋物形波紋翅片，其特征在于:在翅片(I)上按照流線走向從氣流入口到出口連續(xù)沖壓出凸凹相間的流線型拋物形凸波紋(4)和流線型拋物形凹波紋(5);同一波谷、波峰連線均為流線；波紋的波幅在縱向變化；沿橫向不同波紋的波幅變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流線型翅片(I)，波紋區(qū)域邊界(8)也是流線，且在沖壓前翅片(平片)中心面O —O上，以流函數(shù)值按需確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流線型翅片(I)，其特征是凸波紋(4)、凹波紋(5)沿縱向的波幅以所需波形(16)變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流線型翅片(I)，其特征是凸波紋(4)、凹波紋(5)的波幅沿橫向以所需波形(17)包絡(luò)波紋谷峰變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流線型翅片(I)，其特征是凸波紋(4)、凹波紋(5)的最大波幅為翅片間距的0.1—0.9倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流線型翅片(I)，其特征是凸拋物形波紋(4)、凹拋物形波紋(5)的橫斷面形狀為拋物線，拋物線的確定方法是先把流線(9)一(15)放置在沖壓前翅片(平片)中心面O— O上，這些流線和橫截面A-A的交點(diǎn)分別為9' 一 15'，然后分別確定交點(diǎn)10'和1Γ、11'和12'、12'和13'、13'和14'的中心點(diǎn)a、b、c和d，按波幅大小垂直中心面O— O上下移動(dòng)交點(diǎn)10' —14'分別到10" —14"，最后分別通過(guò)三點(diǎn)9'、10"和a，a、ll"和b，b、12"和c，c、13"和d及d、14"和15'確定凸波紋(4)及凹波紋(5)的形狀拋物線方程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流線型翅片(I)，其流線是翅片(I)所對(duì)應(yīng)管翅式換熱器平片翅片側(cè)通道沿管軸向中心截面上管尾不出現(xiàn)回流的流線。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流線型翅片(I)，其特征是凸波紋(4)、凹波紋(5)的間距或數(shù)目依據(jù)流波紋區(qū)域邊界(8)的函數(shù)值按需確定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流線型翅片(I)，其特征是沖壓出的凸波紋(4)、凹波紋(5)相間分布并且分別關(guān)于孔(2)的縱橫中心線對(duì)稱分布。
【文檔編號(hào)】F28F1/32GK104132574SQ201410374879
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】王天鵬, 王良璧, 林志敏, 宋克偉, 常立民, 胡萬(wàn)玲, 張永恒, 王小見, 武祥, 劉松, 蘇梅, 王良成, 張強(qiáng), 張昆, 王燁, 郭鵬, 周文和 申請(qǐng)人:蘭州交通大學(xué)