專利名稱：放射式強(qiáng)化換熱翅片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種換熱翅片，特別涉及一種應(yīng)用于管外為氣體介質(zhì)，管內(nèi)為液體介 質(zhì)的放射式強(qiáng)化換熱翅片。
背景技術(shù)：
在空氣冷卻器、制冷設(shè)備冷凝器和蒸發(fā)器等換熱器中，液體介質(zhì)在管內(nèi)流動，氣體 介質(zhì)在管外流動。研究表明，這種換熱器管內(nèi)熱阻與管外熱阻比一般為1 3.5 (文獻(xiàn)1: 朱冬生.換熱器技術(shù)及進(jìn)展[M].北京中國石化出版社，2008。文獻(xiàn)2:劉衛(wèi)華，百葉窗 型和波形管片式換熱器性能實驗研究[J]，石油化工高等學(xué)校學(xué)報，1996，9(2):49-53)?？?見，提高氣液兩相換熱器換熱效率的有效途徑是在熱阻較大的管外側(cè)設(shè)置翅片，一方面可 擴(kuò)展換熱面積，同時促進(jìn)流體擾動達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。目前翅片管換熱器的管外翅片通常采用無縫翅片、百葉窗式翅片、平行開縫翅片 等結(jié)構(gòu)形式。對于無縫翅片，由于流體粘性會在翅片表面形成邊界層，使傳熱系數(shù)減小。采 用開縫翅片后，由于間斷開縫翅片的擾動，每當(dāng)流體經(jīng)過一個開縫結(jié)構(gòu)時，流動邊界層的增 厚被中斷，邊界層將重新生長，因此在流動方向上，流動邊界層厚度不斷增厚與破壞，使整 個翅片表面的邊界層變薄，翅片的傳熱能力得到強(qiáng)化。文獻(xiàn)[3](文獻(xiàn)3:李慧珍，屈治國 和程永攀等.開縫翅片流動和傳熱性能的實驗研究及數(shù)值模擬[J].西安交通大學(xué)學(xué)報. 2005, 39(3): 229-232)研究了開縫翅片、開窗翅片與無縫翅片傳熱性能，提出從強(qiáng)化傳熱 角度開窗和開縫翅片的明顯優(yōu)于無縫翅片。對于開縫翅片和百葉窗式翅片的傳熱性能和流動特性，前人已展開了很多實驗和 理論研究。專利2007100^888. 5提出一種強(qiáng)化傳熱百葉窗翅片，在平直基片上設(shè)有翹起 的若干組窗翅，窗翅與基片成一定的開窗角度，每組窗翅之間為換向區(qū)域，換向區(qū)域兩側(cè)的 窗翅開窗方向相反。文獻(xiàn)W]200710042888. 5提出一種強(qiáng)化傳熱百葉窗翅片，在平直基 片上設(shè)有翹起的若干組窗翅，窗翅與基片成一定的開窗角度，每組窗翅之間為換向區(qū)域，換 向區(qū)域兩側(cè)的窗翅開窗方向相反。文獻(xiàn)W](文獻(xiàn)4 :Wang C C, Lee W S & Sheu W J. A comparative study of compact enhanced fin—and—tube heat exchangers[J]. Heat Mass Transfer 2001, 44(18) : 3565-3573)通過試驗研究了百葉窗翅片幾何形狀和管排 數(shù)以及翅片間距等參數(shù)對空氣側(cè)傳熱性能的影響。百葉窗翅片在提高換熱性能的同時，往 往伴隨著更大的阻力增加，綜合性能改善不明顯。專利03108079. 0提出了一種平行開縫的強(qiáng)化換熱翅片，其中空氣流動上下游采 用的橋形條片數(shù)量不同，同時橋形條片在基片兩側(cè)交替開設(shè)。專利200810150782. 1提出了 一種階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，橋形狹縫條沿空氣流動方向通過換熱管的中心線呈碟形對稱 布置，且各排突出段的高度呈階梯形布置。上述兩種平行開縫強(qiáng)化換熱翅片能強(qiáng)化翅片表 面流體的擾動，但由于橋形開縫條片始終沿著一個方向，流體速度與開縫方向不能很好協(xié) 同，以至在開縫附近產(chǎn)生了大量渦流，所以在強(qiáng)化傳熱同時，流動阻力也不斷增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要克服現(xiàn)有換熱翅片存在的上述不足，提供了一種能強(qiáng)化管外氣體側(cè)傳 熱，換熱效率高，流動阻力小，綜合性能好的放射式強(qiáng)化換熱翅片。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
放射式強(qiáng)化換熱翅片，包括換熱管以及套裝在其上的平直基片，所述基片上開設(shè)有隆 起的開縫橋片，所述開縫橋片通過兩條垂直于所述基片的直立段與所述基片連接，其特征 在于所述開縫橋片沿單個換熱管的管孔中心徑向排列，呈放射狀分布；兩兩相鄰的換熱 管呈正三角形布置，所述開縫橋片沿氣體流動方向在兩相鄰換熱管之間呈S形均勻排列。進(jìn)一步，所述開縫橋片開設(shè)在所述基片的同一側(cè)，且所述開縫橋片的隆起高度為 兩相鄰基片間距的一半。進(jìn)一步，所述開縫橋片開縫的方向隨所述換熱管圓周不斷變化，且所述開縫橋片 相對于橫向和縱向的換熱管的中心連線對稱。使用時，相鄰的換熱管呈正三角形布置，在換熱管之間的平直基片上通過沖壓加 工出若干條隆起的開縫橋片，開縫橋片通過兩條垂直于基片的直立段與基片連接，開縫橋 片與基片之間形成氣體流動的狹縫通道。通過對無縫翅片單元模型的計算流體力學(xué)數(shù)值模 擬，得到無縫翅片單元模型的流體速度場分布如圖4所示。由圖4可見，流體流過正三角形 布置的換熱管之間通道時，出現(xiàn)繞流情況，即流線近似為換熱管同心圓。因此，本發(fā)明采用 沿?fù)Q熱管的管孔徑向排列的開縫橋片，使氣體流動方向與開縫長度方向垂直，這種結(jié)構(gòu)既 可以達(dá)到中斷流動邊界層目的，提高傳熱性能，又能使氣體流動比較順暢，減少阻力損失。通過對無縫翅片、平行開縫翅片和放射式開縫翅片的換熱性能和流動阻力特性進(jìn) 行了數(shù)值模擬研究，證明了不同的流速下平行開縫翅片和放射式開縫翅片均具有很好強(qiáng)化 傳熱效果，且不同流速下放射式開縫翅片的流動阻力明顯小于平行開縫翅片?？梢姳景l(fā)明 的放射式開縫翅片既可以提高換熱性能，又能使流動阻力增加不大，因而綜合性能較好。本發(fā)明的有益效果在于開縫橋片沿單個換熱管孔的管孔中心徑向排列，呈放射 狀分布，使氣體流動方向與開縫長度方向垂直，在中斷流動邊界層的同時，減小開縫結(jié)構(gòu)對 流動的阻力作用。既能強(qiáng)化管外氣體側(cè)傳熱，同時使流動阻力增加不大，綜合性能得到了提 高；換熱效率高，流動阻力小，結(jié)構(gòu)緊湊。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的A-A向剖視圖。圖3是圖1的B-B向剖視圖。圖4是無縫翅片單元模型的流體速度場分布圖。圖5是無縫翅片、平行開縫翅片和放射式開縫翅片的換熱性能比較圖。圖6是無縫翅片、平行開縫翅片和放射式開縫翅片的阻力特性比較圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明
參照圖1-圖3，本發(fā)明所述的放射式強(qiáng)化換熱翅片，包括換熱管4以及套裝在其上的
4平直基片1，所述基片1上開設(shè)有隆起的開縫橋片3，所述開縫橋片3通過兩條垂直于所述 基片1的直立段2與所述基片1連接，所述開縫橋片3沿單個換熱管4的管孔中心徑向排 列，呈放射狀分布；兩兩相鄰的換熱管呈正三角形布置，所述開縫橋片3沿氣體流動方向在 兩相鄰換熱管之間呈S形均勻排列。所述開縫橋片3開設(shè)在所述基片1的同一側(cè)，且所述開縫橋片3的隆起高度為兩 相鄰基片1間距的一半。所述開縫橋片3開縫的方向隨所述換熱管4圓周不斷變化，且所述開縫橋片3相 對于橫向和縱向的換熱管4的中心連線對稱。使用時，相鄰的換熱管4呈正三角形布置，在換熱管4之間的平直基片1上通過 沖壓加工出若干條隆起的開縫橋片3，開縫橋片3與基片1之間形成氣體流動的狹縫通道。 通過對無縫翅片單元模型的計算流體力學(xué)數(shù)值模擬，得到無縫翅片單元模型的流體速度場 分布如圖4所示。由圖4可見，流體流過正三角形布置的換熱管4之間通道時，出現(xiàn)繞流情 況，即流線近似為換熱管4同心圓。因此，本發(fā)明采用沿?fù)Q熱管4的管孔徑向排列的開縫橋 片3，使氣體流動方向與開縫長度方向垂直，這種結(jié)構(gòu)既可以達(dá)到中斷流動邊界層目的，提 高傳熱性能，又能使氣體流動比較順暢，減少阻力損失。通過對無縫翅片、平行開縫翅片和放射式開縫翅片的換熱性能和流動阻力特性進(jìn) 行了數(shù)值模擬研究，分別參照圖5和圖6所示，圖中plate fin代表無縫翅片，slit fin代 表平行開縫翅片，radial slit fin代表放射式開縫翅片。圖5中橫坐標(biāo)是Re，縱坐標(biāo)是j因子，由圖看出，不同的流速即不同的Re下，平行 開縫翅片和放射式開縫翅片的j因子都比無縫翅片大，且兩種開縫翅片的j因子值相差不 大，說明了兩者均具有很好強(qiáng)化傳熱效果。圖6中橫坐標(biāo)是Re，縱坐標(biāo)是f因子，由圖看出，不同流速下放射式開縫翅片的f 因子值明顯小于平行開縫翅片的，即放射式開縫翅片的流動阻力明顯小于平行開縫翅片。通過上述分析對比可以看出，本發(fā)明的放射式開縫翅片既可以提高換熱性能，又 能使流動阻力增加不大，因而綜合性能較好。本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù) 范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù) 人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.放射式強(qiáng)化換熱翅片，包括換熱管以及套裝在其上的平直基片，所述基片上開設(shè)有 隆起的開縫橋片，所述開縫橋片通過兩條垂直于所述基片的直立段與所述基片連接，其特 征在于所述開縫橋片沿單個換熱管的管孔中心徑向排列，呈放射狀分布；兩兩相鄰的換 熱管呈正三角形布置，所述開縫橋片沿氣體流動方向在兩相鄰換熱管之間呈S形均勻排 列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射式強(qiáng)化換熱翅片，其特征在于所述開縫橋片開設(shè)在所 述基片的同一側(cè)，且所述開縫橋片的隆起高度為兩相鄰基片間距的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射式強(qiáng)化換熱翅片，其特征在于所述開縫橋片開縫的方 向隨所述換熱管圓周不斷變化，且所述開縫橋片相對于橫向和縱向的換熱管的中心連線對 稱。
全文摘要
放射式強(qiáng)化換熱翅片，包括換熱管以及套裝在其上的平直基片，所述基片上開設(shè)有隆起的開縫橋片，所述開縫橋片通過兩條垂直于所述基片的直立段與所述基片連接，其特征在于所述開縫橋片沿單個換熱管的管孔中心徑向排列，呈放射狀分布；兩兩相鄰的換熱管呈正三角形布置，所述開縫橋片沿氣體流動方向在兩相鄰換熱管之間呈S形均勻排列。本發(fā)明的有益效果開縫橋片沿單個換熱管孔的管孔中心徑向排列，呈放射狀分布，使氣體流動方向與開縫長度方向垂直，在中斷流動邊界層的同時，減小開縫結(jié)構(gòu)對流動的阻力作用。既能強(qiáng)化管外氣體側(cè)傳熱，同時使流動阻力增加不大，綜合性能得到了提高；換熱效率高，流動阻力小，結(jié)構(gòu)緊湊。
文檔編號F28F1/32GK102087079SQ20111004325
公開日2011年6月8日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者盧志明 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)