用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片的制作方法
【專利摘要】一種用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，包括片體（1），片體（1）內(nèi)部設(shè)有水道（2），片體（1）表面設(shè)有換熱柱（3），其特征在于：所述水道（2）壁面設(shè)有擾流紋（21）。由于本發(fā)明在水道壁面設(shè)置擾流紋，水流擾動(dòng)由壁面向水流中心進(jìn)行，使水流體在水道內(nèi)部形成空間旋流紊流狀態(tài)，故它能有效減少水道內(nèi)滯留層的厚度，降低水道內(nèi)對(duì)流換熱熱阻，還能沖刷流道壁面，避免雜物在水道內(nèi)沉積，從而提高換熱效率。
【專利說明】用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，尤其適用于鍋爐、燃?xì)忮仩t或燃?xì)獠膳療崴疇t等設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)理論分析及實(shí)驗(yàn)研究，流體呈湍流狀態(tài)時(shí)，流體分為湍流主體、緩沖層和滯留層，緩沖層和滯留層統(tǒng)稱為邊界層。同時(shí)，影響流體對(duì)流傳熱系數(shù)α的因素有傳熱設(shè)備的特性尺寸1、流體的密度P、粘度μ、比熱cp、導(dǎo)熱系數(shù)λ及流速u等物理量,它們可用一般函數(shù)關(guān)系式來表達(dá):a =f (1、p、μ、cp、λ、u)。其中導(dǎo)熱系數(shù)λ取決于對(duì)流傳熱的熱阻，對(duì)流傳熱熱阻主要由邊界層的導(dǎo)熱熱阻構(gòu)成，邊界層厚度越大，對(duì)流傳熱熱阻越大。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，鑄鋁換熱片在增強(qiáng)對(duì)流換熱技術(shù)上，采用的是在換熱片的水道中增加擾流柱來改善水流在水道內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，這種方式對(duì)水流的流動(dòng)主體干擾性較強(qiáng)，有利于使流動(dòng)主體形成紊流狀態(tài)，從而降低緩沖層熱阻，增加對(duì)流傳熱效率。但由于擾流作用在流體主體位置，擾流作用方向雜亂，流體擾動(dòng)由流體中心向邊界進(jìn)行，經(jīng)緩沖層作用后，對(duì)滯留層作用效果較低，滯留層熱阻降低不明顯。為克服上述缺陷，特對(duì)用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片進(jìn)行了改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要提供一種用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，它能提高換熱效率。
[0005]對(duì)流換熱根據(jù)流體的流動(dòng)狀態(tài)可以分為層流和紊流，兩者的傳熱機(jī)理有本質(zhì)的區(qū)另IJ。當(dāng)流體呈層流時(shí)，流體沿壁面分層流動(dòng)，即流體在熱流方向上沒有混雜運(yùn)動(dòng)，傳熱基本上依靠分子擴(kuò)散作用的熱傳導(dǎo)來進(jìn)行；當(dāng)流體呈紊流時(shí)，紊流主體的傳熱為渦流作用引起的熱對(duì)流，在壁面附近的滯流內(nèi)層中仍為熱傳導(dǎo)，因此在紊流狀態(tài)下，影響對(duì)流換熱的主要因素即為壁面滯留層厚度。即在同等條件下，降低流體滯留層的厚度可有效降低對(duì)流傳熱的熱阻，增加傳熱效率。在水道內(nèi)增加擾流柱來干擾水流的流動(dòng)狀態(tài)，雖然使水流主體產(chǎn)生不穩(wěn)定弱紊流狀態(tài)，但流體擾動(dòng)由中心向壁面進(jìn)行，在臨近壁面位置水流擾動(dòng)作用較弱，滯留層較厚，換熱器的換熱效率提升有限，應(yīng)使流體擾動(dòng)由水道的壁面向流體中心進(jìn)行。
[0006]因此，本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是:它包括片體，片體內(nèi)部設(shè)有水道，片體表面設(shè)有換熱柱，水道壁面設(shè)有擾流紋。換熱柱用于吸收高溫?zé)煔獾臒崃浚辣诿娴臄_流紋使水流主體產(chǎn)生擾動(dòng)，形成紊流，而且流體擾動(dòng)由水道壁面向流體中心進(jìn)行，從而有效降低流體滯留層的厚度，提高換熱效果。
[0007]進(jìn)一步地，所述擾流紋傾斜設(shè)置，再進(jìn)一步地，水道相對(duì)壁面上的擾流紋反向設(shè)置，使水流在水道內(nèi)形成大致呈螺旋狀態(tài)流動(dòng)的空間旋流紊流。
[0008]進(jìn)一步地，所述水道上游區(qū)域擾流紋的寬度D大于水道下游區(qū)域擾流紋的寬度D，擾流紋的寬度越大，擾流效果越強(qiáng)烈。[0009]進(jìn)一步地，所述水道上游區(qū)域擾流紋與水流方向的夾角α大于水道下游區(qū)域擾流紋與水流方向的夾角α。再進(jìn)一步地，所述夾角α為15° — 45°，夾角α越大，擾流效果越強(qiáng)烈。
[0010]進(jìn)一步地，所述上游區(qū)域的水道內(nèi)設(shè)有擾流柱。水流在擾流柱與擾流紋的共同作用下，水流擾動(dòng)由壁面和水流中心同時(shí)進(jìn)行，有利于進(jìn)一步降低水道內(nèi)對(duì)流換熱熱阻，有效提高換熱效率。
[0011]進(jìn)一步地，所述水道的截面積從上游至下游逐漸減少。由于水道內(nèi)部彎曲復(fù)雜，阻力較大，水流的流速從水道上游到水道下游逐漸降低，但通過縮小水道的截面積，可以提高水流的流速，從而增強(qiáng)擾流紋的擾流作用強(qiáng)烈。
[0012]更進(jìn)一步地，所述水道的進(jìn)水口設(shè)置在片體下部，出水口設(shè)置在片體上部。
[0013]更進(jìn)一步地，所述換熱柱分布在片體兩側(cè)，上下兩排相鄰的換熱柱錯(cuò)開設(shè)置。
[0014]本發(fā)明同【背景技術(shù)】相比所產(chǎn)生的有益效果:由于本發(fā)明在水道壁面設(shè)置擾流紋，水流擾動(dòng)由壁面向水流中心進(jìn)行，使水流體在水道內(nèi)部形成空間旋流紊流狀態(tài)，故它能有效減少水道內(nèi)滯留層的厚度，降低水道內(nèi)對(duì)流換熱熱阻，還能沖刷流道壁面，避免雜物在水道內(nèi)沉積，從而提聞?chuàng)Q熱效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1的立體剖視示意圖；
圖3為圖2中左側(cè)部分的壁面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為圖2中右側(cè)部分的壁面結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為水道2中擾流紋21的局部放大圖；
圖6為本發(fā)明組合使用的示意圖一；
圖7為本發(fā)明組合使用的示意圖二。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，以在燃?xì)忮仩t中采用本鑄鋁換熱片組成的冷凝正壓燃燒換熱器為例，說明本鑄鋁換熱片的結(jié)構(gòu)及工作原理。圖5中的箭頭代表水流方向。圖6中的虛線箭頭代表煙氣流動(dòng)方向，水道2中的實(shí)線箭頭代表水流旋轉(zhuǎn)方向，水道2中的帶點(diǎn)的圓圈代表水流方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?，帶叉的圓圈代表水流方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶铮?中圓圈數(shù)量的多少代表水流量的大小。圖6中的溫度區(qū)域劃分線為片體I中水道區(qū)域(上部水道頂壁與下部水道底壁之間的區(qū)域)的中線。
[0017]參看圖1和圖2,鑄招換熱片包括片體I,片體I內(nèi)部設(shè)有水道2,水道2的進(jìn)水口23設(shè)置在片體I下部，出水口 24設(shè)置在片體I上部，水道2壁面設(shè)有擾流紋21。片體I表面設(shè)有換熱柱3，換熱柱3分布在片體I兩側(cè)，上下兩排相鄰的換熱柱3錯(cuò)開設(shè)置。使用時(shí)，片體I上部(即水道下游)接近燃?xì)鉄崴b置的燃燒室，煙氣溫度較高，稱為“高溫區(qū)”，片體I下部(即水道上游)煙氣溫度較低，稱成“低溫區(qū)”。
[0018]參看圖2、圖3和圖4，擾流紋21傾斜設(shè)置，且水道2相對(duì)壁面上的擾流紋21反向設(shè)置。上游區(qū)域的水道2內(nèi)設(shè)有擾流柱22。水道2的截面積從上游至下游逐漸減少。參看圖5，水道2上游區(qū)域擾流紋21的寬度D大于水道2下游區(qū)域擾流紋21的寬度D，水道2上游區(qū)域擾流紋21與水流方向的夾角α大于水道2下游區(qū)域擾流紋21與水流方向的夾角α，夾角α為15° — 45°。根據(jù)擾流紋21在流道壁面的空間布置，水流在流動(dòng)過程中受壁面擾流紋21定向性阻流作用，使水流在壁面形成切向流動(dòng)。參看圖6，水道的截面積從上游至下游逐漸減少，片體I上部高溫區(qū)(即水道下游)的水道截面小，水流流速高，擾流紋21擾流作用強(qiáng)烈，水流對(duì)壁面切向沖刷作用強(qiáng)烈；片體I下部低溫區(qū)(即水道上游)的水道截面大，水流流速低，擾流紋21擾流作用較弱。片體I下部低溫區(qū)的水道通過增加擾流柱22同時(shí)加粗?jǐn)_流紋21的寬度D和加大擾流紋21與水道的夾角α來增強(qiáng)擾流作用，使低溫區(qū)水流擾動(dòng)由壁面和中心同時(shí)進(jìn)行，增強(qiáng)紊流效果。通過以上結(jié)構(gòu)，使水流在水道2內(nèi)形成強(qiáng)烈的空間旋流紊流流動(dòng)，水流沖擊水道2的壁面，降低壁面滯留層厚度，同時(shí)帶走流道壁面沉積雜物，不僅能提高換熱效率，還能提高使用本冷凝正壓燃燒換熱器的燃?xì)忤T鋁鍋爐的安全運(yùn)轉(zhuǎn)性。此外，水道的截面積從上游至下游逐漸減少的變化方式多樣:可以是逐層遞減，即如圖6所示的從下往上六層水道，每層水道截面積均不相同，第一層截面積最大，第六層最??；也可以是不定層遞減，即有若干層水道的截面積可以相同，如圖7所示的從下往上六層水道，第一層截面積最大，第二、三層截面積相同且小于第一層，第四、五、六層截面積相同且最小。
[0019]參看圖6和圖7，兩塊片體I組合在一起使用，在上部高溫區(qū)呈V字型空腔，有利于煙氣導(dǎo)流。燃?xì)忮仩t工作時(shí)，燃?xì)猱a(chǎn)生的高溫?zé)煔鈴纳舷蛳铝鲃?dòng)，高溫?zé)煔馔ㄟ^兩片體I表面的換熱柱3后，煙氣的熱量被換熱柱3吸收，變成低溫?zé)煔馀懦?。水?內(nèi)的水流在擾流紋21和擾流柱22作用下，形成穩(wěn)定強(qiáng)烈的空間旋流紊流流動(dòng)，高效率地將換熱柱3吸收的
熱量換走。
[0020]本鑄鋁換熱片利用水道2壁面的擾流紋21對(duì)水流產(chǎn)生切向擾流作用，使水流在水道2內(nèi)以穩(wěn)定的空間旋流紊流流動(dòng)，通過壁面切向擾流作用，使水流對(duì)壁面形成強(qiáng)烈切向沖刷，破壞壁面滯留層厚度，有效降低紊流對(duì)流傳熱熱阻，提高換熱效率；此外，利用旋流流動(dòng)對(duì)壁面的持續(xù)沖刷，使水道2壁面沉積的雜物被沖向流體中心被水流帶走，起到自清洗作用，提高燃?xì)鉄崴疇t的運(yùn)轉(zhuǎn)安全性和換熱效果。因此，在功率需求相同的前提下，本發(fā)明具有水道短，結(jié)構(gòu)緊湊，使用材料少等優(yōu)點(diǎn)，可有效降低生產(chǎn)成本。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，包括片體(1)，片體(I)內(nèi)部設(shè)有水道(2)，片體(I)表面設(shè)有換熱柱(3 )，其特征在于:所述水道(2 )壁面設(shè)有擾流紋(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，其特征在于:所述擾流紋(21)傾斜設(shè)置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，其特征在于:所述水道(2)相對(duì)壁面上的擾流紋(21)反向設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，其特征在于:所述水道(2)上游區(qū)域擾流紋(21)的寬度D大于水道(2)下游區(qū)域擾流紋(21)的寬度D。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，其特征在于:所述水道(2)上游區(qū)域擾流紋(21)與水流方向的夾角α大于水道(2)下游區(qū)域擾流紋(21)與水流方向的夾角α。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，其特征在于:所述夾角α為 15° —45°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，其特征在于:所述上游區(qū)域的水道(2)內(nèi)設(shè)有擾流柱(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，其特征在于:所述水道(2)的截面積從上游至下游逐漸減少。
9.根據(jù)權(quán)利要求1一8任一項(xiàng)所述的用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，其特征在于:所述水道(2 )的進(jìn)水口( 23 )設(shè)置在片體(I)下部，出水口( 24 )設(shè)置在片體(I)上部。
10.根據(jù)權(quán)利要求1一8任一項(xiàng)所述的用于燃?xì)鉄崴b置的鑄鋁換熱片，其特征在于:所述換熱柱(3)分布在片體(I)兩側(cè)，上下兩排相鄰的換熱柱(3)錯(cuò)開設(shè)置。
【文檔編號(hào)】F24H9/00GK103808011SQ201410060955
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年2月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月24日
【發(fā)明者】葉遠(yuǎn)璋, 喬中利, 武世濤 申請(qǐng)人:廣東萬和新電氣股份有限公司