一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，涉及一種換熱器多通道結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的換熱器內(nèi)多通道間的流動不均勻的問題。本發(fā)明的以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)由流道入口、分配端、主通道、匯合端及流道出口依次連通，主通道內(nèi)設(shè)置多個通道間隔將主通道分隔為若干個子通道，每個子通道的前端均填充金屬泡沫構(gòu)成金屬泡沫段，未填充金屬泡沫的子通道部分定義為無泡沫段。本發(fā)明用于電子器件冷卻、制冷低溫技術(shù)、空氣分離、石油化工等領(lǐng)域的多通道換熱器中，保證流體流動的均勻性。
【專利說明】一種以金屬泡沬均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種換熱器多通道結(jié)構(gòu)，具體涉及一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，用于電子器件冷卻、制冷低溫技術(shù)、空氣分離、石油化工等領(lǐng)域的多通道換熱器中，屬于傳熱傳質(zhì)應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]對于電子器件冷卻、制冷低溫技術(shù)、空氣分離、石油化工等領(lǐng)域的常用換熱器，通常需要多個換熱器并行，而各個換熱通道流量分配不均勻?qū)е聯(lián)Q熱器傳熱性能惡化。
[0003]以制冷空調(diào)系統(tǒng)為例，冷凝器和蒸發(fā)器通常由上下集箱及中間的數(shù)個的并行的多扁管通道組成，雖然這些多扁管通道幾何尺寸基本相等，但是由于存在設(shè)計制造的公差以及流動條件不均衡性，通?？拷淠鲀蓚?cè)的多扁管通道的流量較小，而中間通道流量較大，這嚴重限制了冷凝換熱的效能；在冷凝器和蒸發(fā)器中有時還存在兩相入口的問題，在制冷劑入口處保證兩相制冷劑流體均勻的進入換熱通道成為系統(tǒng)傳熱性能的重要保障。
[0004]換熱器內(nèi)多通道間的流動不均勻現(xiàn)象是多通道換熱器內(nèi)部的一個復雜物理過程，受制于諸多因素，除了設(shè)計制造公差等不可避免的因素之外，可以通過增強流體流動條件的均衡性來改善換熱器流動不均勻特性，目前文獻中相關(guān)研究主要集中在集箱、封頭及通道流動形式優(yōu)化三個方面，而相關(guān)的流體均勻分配效果有限。
[0005]近年來興起了一類具有優(yōu)異流動、傳熱、聲學、電磁學和力學性能于一體的多孔金屬泡沫材料，這類材料不僅有減小流體截面溫度差異的特點，而且具有強流體混合能力、強湍動特性及三維立體孔隙結(jié)構(gòu)，這些特點使得流體界面速度分布呈現(xiàn)非常均勻的狀態(tài)，進而產(chǎn)生遠大于光通道的流動阻力。在多通道換熱器中流動不均勻性是由各通道之間阻力差別較大導致的，可以將具有大壓差的金屬泡沫用于克服多通道換熱器中的流動不均勻性，這類研究尚無人涉及。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的換熱器內(nèi)多通道間的流動不均勻的問題，進而提供一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明的一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，包括流道入口、分配端、主通道、匯合端及流道出口，所述流道入口、分配端、主通道、匯合端及流道出口依次連通，主通道內(nèi)設(shè)置多個通道間隔將主通道分隔為若干個子通道，每個子通道的前端均填充金屬泡沫構(gòu)成金屬泡沫段，未填充金屬泡沫的子通道部分定義為無泡沫段。
[0009]本發(fā)明通過在各個子通道的入口處填充阻力特性相等的金屬泡沫來保持流動均衡。
[0010]所述流道入口和流道出口的流體流動方向相同，且垂直于流體在各個子通道內(nèi)的流動方向。
[0011]為了更好地保證流體流量分配的均勻性，對本發(fā)明的技術(shù)方案進一步設(shè)計:所述分配端采用適應(yīng)流體流量的寬度漸變型流通，沿著流道入口流動方向分配端流通面積逐漸減小。匯合端采用適應(yīng)流體流量的寬度漸變型流通，沿著流道出口流動方向匯合端流通面積逐漸增大。
[0012]金屬泡沫段的材料為銅、鋁、鎳、鐵及其合金，優(yōu)選的為不銹鋼。
[0013]金屬泡沫段的孔隙率范圍為0.85?0.99，孔密度范圍為5PPI?150PPI。
[0014]金屬泡沫段長度L1與無泡沫段長度L2的比值范圍0.05<Lr<l, Lr = L1A2。
[0015]所述各個子通道內(nèi)金屬泡沫的孔隙率、孔密度、長度及安裝位置都相同，且金屬泡沫的截面尺寸與子通道的截面尺寸相同以確保有效安裝。
[0016]各個子通道的幾何尺寸及器壁材料相同。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果:
[0018]在填充金屬泡沫之前η個流動通道中每個通道對應(yīng)的流動阻力系數(shù)分別為Π，f2, f3，...，fn，fl?fn之間由于設(shè)計和流動條件的差別會有所不同，這是導致這類多通道流動不均勻性的主要原因。摒棄傳統(tǒng)的在多通道入口設(shè)置集箱的做法，采用在各個通道入口填充阻力特性相等的金屬泡沫段的方法來改善流動均衡，分配端和匯合端采用適應(yīng)流體流量的寬度漸變型流通。加入相同參數(shù)的金屬泡沫之后，各個通道的阻力系數(shù)變?yōu)閒 /，f2’，f3’，...，fn’，其中 fk’ = fk+ffoam (k = I, 2, 3..., n)，ff_ 為金屬泡沫的阻力系數(shù),從圖2中關(guān)于光通道和完全填充金屬泡沫通道的壓降比可以看出光通道約為金屬泡沫通道壓降的1/2000，因此fk’ ^ ff_(k =1,2,3..., η)，在泡沫參數(shù)相等的情況下各個通道的阻力特性是基本相等的，這是本發(fā)明的基本原理。是由于金屬泡沫具有極強的流體混合能力，可以在很大程度上抹平截面上流體的速度差異，圖3給出了金屬泡沫通道和光通道的速度分布對比，從圖中可以看出添加金屬泡沫通道的速度分布極為均勻，這是金屬泡沫內(nèi)存在極大壓降的原因。添加金屬泡沫是可更換的，且具有一定的過濾能力，可以在一定程度上過濾吸附工質(zhì)中的雜質(zhì)，可以消除工質(zhì)雜質(zhì)對系統(tǒng)其他部件的不良影響，因此可以通過定期更換金屬泡沫段來清除表面吸附的雜質(zhì)。金屬泡沫段具有一定的強化換熱能力，可以較大幅度增強化熱，多通道換熱器中金屬泡沫可為各通道提供部分換熱表面積，對于兩相流金屬泡沫可將大氣泡打碎，因此對改善多通道換熱器的傳熱性能有利。此外，無泡沫段可以是直的光通道，也可以是采用某種強化換熱形式的通道，且金屬泡沫的形態(tài)參數(shù)可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整，因此本發(fā)明有很好的可設(shè)計性。
[0019]可見，本發(fā)明對多通道換熱器流動不均勻性進行了科學原理的創(chuàng)新，同時本發(fā)明還具有其它輔助功能，從原理上和技術(shù)上都是可行的，具有良好的應(yīng)用潛力。可以解決電子器件冷卻、制冷低溫技術(shù)、空氣分離、石油化工等領(lǐng)域的多通道換熱器的流體流量分配不均勻的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2是泡沫通道與光通道的壓降對比圖；
[0022]圖3是金屬泡沫與光通道速度分布對比圖；
[0023]圖中:1_流道入口 ；2_分配端；3_金屬泡沫段；4_無泡沫段；5_通道間隔；6-匯合端；7-流道出口。

【具體實施方式】
[0024]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1進行說明，本實施方式的一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，包括流道入口 1、分配端2、主通道、匯合端6及流道出口 7，所述流道入口 1、分配端2、主通道、匯合端6及流道出口 7依次連通，主通道內(nèi)設(shè)置多個通道間隔5將主通道分隔為若干個子通道，每個子通道的前端均填充金屬泡沫構(gòu)成金屬泡沫段3，未填充金屬泡沫的子通道部分定義為無泡沫段4。
[0025]本發(fā)明通過在各個子通道的入口處填充阻力特性相等的金屬泡沫來保持流動均衡。
[0026]所述流道入口 I和流道出口 7的流體流動方向相同，且垂直于流體在各個子通道內(nèi)的流動方向。
[0027]為了更好地保證流體流量分配的均勻性，對本發(fā)明的技術(shù)方案進一步設(shè)計:所述分配端2采用適應(yīng)流體流量的寬度漸變型流通，沿著流道入口 I流動方向分配端2流通面積逐漸減小。匯合端6采用適應(yīng)流體流量的寬度漸變型流通，沿著流道出口 7流動方向匯合端流通面積逐漸增大。
[0028]金屬泡沫段的材料為銅、鋁、鎳、鐵及其合金，優(yōu)選的為不銹鋼。
[0029]金屬泡沫段的孔隙率范圍為0.85?0.99，孔密度范圍為5PPI?150PPI。
[0030]金屬泡沫段長度L1與無泡沫段長度L2的比值范圍0.05<Lr<l, Lr = L1ZV
[0031]所述各個子通道內(nèi)金屬泡沫的孔隙率、孔密度、長度及安裝位置都相同，且金屬泡沫的截面尺寸與子通道的截面尺寸相同以確保有效安裝。
[0032]各個子通道的幾何尺寸及器壁材料相同。
[0033]本發(fā)明在多通道入口不存在集箱，適用的流體為兩相流體或單相流體，如果用于兩相流體的流量分配，為保證各通道之間平均流速和干度的均衡性，多通道換熱器的各通道應(yīng)該水平并排以消除重力的影響。本發(fā)明的具體布置形式可以是多樣的，但多通道之間的并行特征是不變的，各個子通道的截面形狀、尺寸及強化換熱形式是任意的，中間并聯(lián)通道的個數(shù)也是任意的。具體工作過程為:單相或兩相流體從流道入口 I流入，在逐漸變窄的分配端2進行流量分配，流體進入各個子通道，每個子通道前端填充有金屬泡沫段3，流體依次通過金屬泡沫段3和無泡沫段4，接著各個通道的流體在逐漸變寬的匯合端6匯合，最后流出流道出口 7。
[0034]本實施方式只是對本專利的示例性說明，并不限定它的保護范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對其局部進行改變，只要沒有超出本專利的精神實質(zhì)，都在本專利的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，包括流道入口(I)、分配端(2)、主通道、匯合端(6)及流道出口(7)，所述流道入口(I)、分配端(2)、主通道、匯合端(6)及流道出口(7)依次連通，主通道內(nèi)設(shè)置多個通道間隔(5)將主通道分隔為若干個子通道，其特征在于:每個子通道的前端均填充金屬泡沫構(gòu)成金屬泡沫段(3)，未填充金屬泡沫的子通道部分定義為無泡沫段(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述流道入口(I)和流道出口(7)的流體流動方向相同，且垂直于流體在各個子通道內(nèi)的流動方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述分配端(2)采用適應(yīng)流體流量的寬度漸變型流通，沿著流道入口(I)流動方向分配端(2)流通面積逐漸減?。粎R合端(6)采用適應(yīng)流體流量的寬度漸變型流通，沿著流道出口(7)流動方向匯合端流通面積逐漸增大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:金屬泡沫段的材料為銅、鋁、鎳、鐵及其合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:金屬泡沫段的孔隙率范圍為0.85?0.99，孔密度范圍為5PPI?150PPI。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:金屬泡沫段長度L1與無泡沫段長度L2的比值范圍0.05<Lr<l, Lr = L1/!^
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述各個子通道內(nèi)金屬泡沫的孔隙率、孔密度、長度及安裝位置都相同，且金屬泡沫的截面尺寸與子通道的截面尺寸相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種以金屬泡沫均勻分配流體流量的多通道結(jié)構(gòu)，其特征在于:各個子通道的幾何尺寸及器壁材料相同。
【文檔編號】F28F9/22GK104266531SQ201410528052
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月9日
【發(fā)明者】徐會金, 趙長穎, 徐治國 申請人:中國石油大學(華東)