專利名稱：一種利用沖孔射流提高渦發(fā)生器強化換熱效果的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于強化換熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用沖孔射流提高渦發(fā)生器強化換熱的效果方法。具體說是在渦發(fā)生器迎風面上適當位置沖孔，引導渦發(fā)生器迎風面流體穿過孔洞，沖刷渦發(fā)生器背風面的滯止區(qū)(流動死區(qū)，同時也是傳熱弱區(qū))，提高該區(qū)平均流速和動能，消除傳熱弱區(qū)，進一步提高渦發(fā)生器強化換熱效果和和流動減阻的效能；同時由于沖孔減少了渦發(fā)生器迎風面積，射流提高了背風面的流體流速和動能，縮小了流動分離區(qū)范圍，使得渦發(fā)生器形狀阻力(又稱壓差阻力)減少，從而降低了流動損失。
背景技術(shù)：
利用潤發(fā)生器(Vortex Generator,以下簡稱VG)誘導潤旋強化換熱是一種被動的、有目的的依靠產(chǎn)生二次流來減薄或破壞邊界層或?qū)恿鞯讓訌娀瘋鳠岬姆椒ǎ蚱浣?jīng)濟實用在強化氣-液或氣-氣(汽)熱交換設備氣側(cè)換熱方面受到越來越多的關(guān)注。由于縱向渦旋在強化傳熱方面的積極效果，縱向渦發(fā)生器成為人們研究的焦點。主要以翼型、柱型縱向渦發(fā)生器為主。翼型渦發(fā)生器如三角翼、矩形翼、梯形翼、柱面翼在端部產(chǎn)生較強的縱向渦旋；柱型渦發(fā)生器(如方柱、圓柱、橢圓柱)還在根部產(chǎn)生較強的馬蹄渦系，進而強化與壁面的對流換熱。無論是翼型還是柱型渦發(fā)生器，由于其對流體的阻擋作用，在強化傳熱的同時也增加了流動阻力，并且在其尾(后)部由于流動分離存在一小段低速流動區(qū)域，又稱滯止區(qū)或流動死區(qū)，該區(qū)由于流速較低，換熱效果差，屬于傳熱弱區(qū)，從而對利用渦發(fā)生器強化換熱效果有負面影響。本發(fā)明提出的在渦發(fā)生器迎風面上適當位置沖孔引入射流的方法解決了這一問題，有力地消除了翼(柱)后死區(qū)，對于提高渦發(fā)生器強化傳熱效果有積極的作用；由于沖孔減少了渦發(fā)生器迎風面積和流動分離區(qū)范圍，降低了渦發(fā)生器形狀阻力，從而減小流動損失，對于提高換熱器效能、節(jié)能節(jié)材有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用沖孔射流提高渦發(fā)生器強化換熱效果的方法，其特征在于，在渦發(fā)生器迎風面適當位置沖孔，引導渦發(fā)生器迎風面前相對于背風面的較高流速流體穿過孔洞，沖刷渦發(fā)生器背風面的流動滯止區(qū)，提高該區(qū)平均流速和動能，消除該傳熱弱區(qū)，進而提高渦發(fā)生器強化換熱及流動減阻效果和換熱器效能；由于沖孔減少了渦發(fā)生器迎風面積和流動分離區(qū)范圍，降低了渦發(fā)生器形狀阻力，從而減小流動損失。所述沖孔的形狀不限于圓孔，以便于加工為宜；其沖孔數(shù)量為一個以上，沖孔總面積為渦發(fā)生器迎流面積的0. I至0. 5倍，具體依渦發(fā)生器迎流面積和流動狀態(tài)而定，小雷諾數(shù)工況為大孔，大雷諾數(shù)工況為較小的孔，其效果好。所述在渦發(fā)生器迎風面適當位置沖孔與渦發(fā)生器形式和安裝方式有關(guān)，在高度方向上，沖孔的中心位于渦發(fā)生器高度中心線稍下位置，旨在流體穿過孔洞沖刷翼或柱背風面死區(qū)的同時不對渦發(fā)生器頂部誘發(fā)的縱向渦產(chǎn)生干擾影響；水平方向上，依渦發(fā)生器形式和安裝方式而定，對于以45°攻角布置的矩形翼，孔洞中心在渦發(fā)生器水平居中位置；對于梯形翼或三角翼，靠近其較高立邊一側(cè)位置，因為翼背風面死區(qū)存在于此位置，而在較低立邊側(cè)存在較強的端部縱向渦，并且渦的位置較低，能夠沖刷靠近壁面流體；對于柱型渦發(fā)生器，在類似位置沖孔。所述渦發(fā)生器形式為三角翼、矩形翼、梯形翼、柱面翼、方柱、圓柱或橢圓柱中的一種。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的利用沖孔射流提高渦發(fā)生器強化換熱和流動減阻效果的方法，使得渦發(fā)生器前較高流速流體穿過沖開的孔洞，沖刷渦發(fā)生器背風面的流動死區(qū)并提高該區(qū)平均流速和動能，有力地提高了該區(qū)流體與壁面的換熱效果；在翼型及柱型渦發(fā)生器產(chǎn)生的縱向渦強化傳熱的同時，消除了由于設置渦發(fā)生器產(chǎn)生局部傳熱弱區(qū)的不利影響，進一步提高渦發(fā)生器強化換熱效果和換熱器效能；同時由于沖孔減少了渦發(fā)生器迎風面積和流動分離區(qū)范圍，降低了渦發(fā)生器形狀阻力，從而減小流動損失。此方法適用 于利用渦流發(fā)生器強化傳熱領(lǐng)域，具有加工方便、制造簡單、效果明顯的特點。


圖I為幾種渦發(fā)生器沖孔外形和結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為梯形翼渦發(fā)生器沖孔射流強化換熱示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種加工制造簡單方便的利用沖孔射流提高渦發(fā)生器強化換熱和流動減阻效果的方法。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明予以進一步說明。如圖I、圖2所示的渦發(fā)生器的形狀為a三角翼、b梯形翼、c矩形翼、d方柱體和e柱面梯形翼，但不限于這幾種形狀；在渦發(fā)生器迎風面I適當位置上沖開合適尺寸的孔洞2，該孔洞可以但不限于采用沖壓、鉆孔方法，但應穿透渦發(fā)生器壁面厚度，使得渦發(fā)生器迎風面I前相對于背風面3的較高流速流體穿過孔洞2，沖刷渦發(fā)生器背風面3的流動死區(qū)，同時也是傳熱弱區(qū)，提高該區(qū)平均流速和動能，消除傳熱弱區(qū)，進一步提高渦發(fā)生器強化換熱效果和換熱器效能；沖孔減少了渦發(fā)生器迎風面積和流動分離區(qū)范圍，降低了渦發(fā)生器形狀阻力，從而減小流動損失；所述渦發(fā)生器長、高、厚度尺寸或比例依換熱器形式和流道尺寸相應設計要求而定；其材料可采用但不局限于換熱器本身材料或其它易切割、彎曲安裝的材料(包括金屬)。其材料耐溫及其它性質(zhì)應滿足換熱器允許工作條件的要求；所述沖開孔洞位置與渦發(fā)生器形式和安裝方式有關(guān)，在高度方向上，孔洞中心可位于但不限于位于渦發(fā)生器高度中心線稍下位置，旨在流體穿過孔洞沖刷翼(柱)后死區(qū)的同時不對渦發(fā)生器端(頂)部誘發(fā)的縱向渦產(chǎn)生干擾影響；水平方向上，可依渦發(fā)生器形式和安裝方式而定，如對于以45°攻角布置的矩形翼，孔洞中心可在渦發(fā)生器水平居中位置；對于梯形翼或三角翼，可稍偏靠近其較高立邊一側(cè)位置(如圖2所示)，因為翼后死區(qū)存在于此位置，而在較低立邊側(cè)存在較強的端部縱向渦，并且渦的位置較低，能夠沖刷靠近壁面流體；柱型等其它渦發(fā)生器可在類似位置沖孔；所述渦發(fā)生器孔洞形狀可以但不限于圓孔，以便于加工為宜；其大小依渦發(fā)生器迎流面積和流動狀態(tài)而定，孔洞面積可為渦發(fā)生器面積的O. I至O. 5倍，但不局限于此范圍，對于流動雷諾數(shù)較低的工況，可取孔洞面積為大值；雷諾數(shù)較高時相反。所述渦發(fā)生器孔洞的數(shù)量可以是但不限于I個，如單個孔 洞面積較小時可設置幾個孔洞，多個孔洞的數(shù)量和布置以強化換熱和流動減阻效果最佳為宜。
權(quán)利要求
1.一種利用沖孔射流提高渦發(fā)生器強化換熱效果的方法，其特征在于，在渦發(fā)生器迎風面適當位置沖孔，引導渦發(fā)生器迎風面前相對于背風面的較高流速流體穿過孔洞，沖刷渦發(fā)生器背風面的流動滯止 區(qū)，提高該區(qū)平均流速和動能，消除該傳熱弱區(qū)，進而提高渦發(fā)生器強化換熱及流動減阻效果和換熱器效能；由于沖孔減少了渦發(fā)生器迎風面積和流動分離區(qū)范圍，降低了渦發(fā)生器形狀阻力，從而減小流動損失。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用沖孔射流提高渦發(fā)生器強化換熱效果的方法，其特征在于，所述沖孔的形狀不限于圓孔，以便于加工為宜；其沖孔數(shù)量為一個以上，沖孔總面積為渦發(fā)生器迎流面積的O. I至O. 5倍，具體依渦發(fā)生器迎流面積和流動狀態(tài)而定，小雷諾數(shù)工況為大孔，大雷諾數(shù)工況為較小的孔，其效果好。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用沖孔射流提高渦發(fā)生器強化換熱效果的方法，其特征在于，所述在渦發(fā)生器迎風面適當位置沖孔與渦發(fā)生器形式和安裝方式有關(guān)，在高度方向上，沖孔的中心位于渦發(fā)生器高度中心線稍下位置，旨在流體穿過孔洞沖刷翼或柱背風面死區(qū)的同時不對渦發(fā)生器頂部誘發(fā)的縱向渦產(chǎn)生干擾影響；水平方向上，依渦發(fā)生器形式和安裝方式而定，對于以45°攻角布置的矩形翼，孔洞中心在渦發(fā)生器水平居中位置；對于梯形翼或三角翼，靠近其較高立邊一側(cè)位置，因為翼背風面死區(qū)存在于此位置，而在較低立邊側(cè)存在較強的端部縱向渦，并且渦的位置較低，能夠沖刷靠近壁面流體；對于柱型渦發(fā)生器，在類似位置沖孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述利用沖孔射流提高渦發(fā)生器強化換熱效果的方法，其特征在于，所述渦發(fā)生器形式為三角翼、矩形翼、梯形翼、柱面翼、方柱、圓柱或橢圓柱中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于換熱強化技術(shù)領(lǐng)域的一種利用沖孔射流提高渦發(fā)生器強化換熱效果的方法。是在翼型或柱型渦發(fā)生器迎風面上適當位置開設孔洞，使得渦發(fā)生器前部分流體穿過孔洞，沖刷渦發(fā)生器背風面的流動死區(qū)或傳熱弱區(qū)，提高該區(qū)平均流速和動能，消除傳熱弱區(qū)，進一步提高渦發(fā)生器強化換熱及流動減阻的效果和換熱器效能; 同時由于沖孔減少了渦發(fā)生器迎風面積和流動分離區(qū)范圍，降低了渦發(fā)生器形狀阻力，從而減小流動損失。此方法具有加工方便、制造簡單和效果明顯的特點，在氣-液或氣-氣熱交換器強化氣側(cè)換熱方面有著廣泛的應用前景和推廣價值。
文檔編號F28F13/12GK102645118SQ201210139408
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者周國兵 申請人:華北電力大學