專利名稱：一種板翅式換熱器導流翼封頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于板翅式換熱器技術領域，具體涉及一種板翅式換熱器導流翼封頭。
背景技術：
板翅式換熱器是熱力過程中的關鍵設備，具有結構緊湊、傳熱效率高、便于通道布置和換熱面積分配等特點。與傳統的管殼式換熱器相比，其傳熱效率能提高20% 30%，成本可降低約50%，因此被廣泛應用于空氣分離、石油化工、航空航天等領域。國內外的研究指出，引起該類換熱器性能下降的主要因素為物流分配不均勻、縱向導熱以及溫度場的分布不均勻。因為物流分配的不均勻會加劇換熱器內部溫度場分布不 均勻和縱向傳熱，從而加劇了換熱器整體效能的下降，所以物流分配不均勻性對換熱器效能的影響在三者中是最主要的。如何改善換熱器內部的物流分配，從而改善換熱器整體效能的研究，一直得到了國內外專家學者的共同關注。引起板翅式換熱器內部物流分配不均勻性的因素是多方面的，如不合理的封頭結構、制造公差和熱交換過程等。研究結果表明，物流分配的不均勻性主要發(fā)生在板翅式換熱器的封頭部分。而導流片部分的不均勻性，主要是由封頭的來流不均勻引起的。對于板翅式換熱器目前使用的基本封頭，由于其入口管徑與封頭長度相比太小，從而使得封頭出口對應于入口管軸線附近的流體流速較大，而遠離軸線的地方流體流速很小，造成物流分配極不均勻，從而影響換熱器的換熱效率，而且這種影響隨著傳熱單元數的增加而擴大。由于封頭結構以及換熱器的流動布置方式不同，物流分配的不均勻性對其整體效能的影響不同，可導致逆流換熱器的整體效能下降7%，而對錯流式換熱器效能的影響高達25%，從而降低了該類換熱器的整體效能。由上所述，換熱設備的入口結構對來流的流場分布起著至關重要的作用，來流的均勻性分布是保證換熱設備內部流場均勻的前提。因而，提出一種能使板翅式換熱器物流得到均勻分配的導流翼封頭對換熱器內流體均勻分配、性能優(yōu)化和節(jié)能至關重要，具有重要的現實意義。

發(fā)明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供了一種板翅式換熱器導流翼封頭，提高其傳熱性能，減少彌補換熱器面積損失的設備投資，并消除因換熱不良而引起的惡性事故，而且結構簡單，成本低廉。為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為—種板翅式換熱器導流翼封頭，包括封頭瓜皮結構2,入口管I與封頭瓜皮結構2相連通，封頭瓜皮結構2的底部設有出口 4，兩個導流翼片3對稱安裝在封頭瓜皮結構2內，導流翼片3的上部與入口管I的底部連接，導流翼片3的側部和封頭瓜皮結構2的內部連接，導流翼片3上布滿小孔,小孔的直徑為10mm-30mm。所述的導流翼片3上小孔的排布方式有兩種均勻排布，孔徑相同，順排排列；非均勻排布，靠近入口管I的區(qū)域小孔直徑最小，偏離入口管I區(qū)域的小孔直徑次之，靠近封頭截面邊緣區(qū)域的小孔直徑最大。所述的導流翼片3的兩個翼片上頂端安裝在入口管I與封頭瓜皮結構2的相貫線上，導流翼片3的兩個翼片頂端距離s和入口管I的直徑d的比為0. 05^0. 15。所述的導流翼片3的下底端距離封頭瓜皮結構2的出口 4截面的高度h=l/4R，R為封頭瓜皮結構2半徑。所述的導流翼片3的兩翼片與來流方向的夾角為a，a為60° 80°。本發(fā)明的優(yōu)越性在于I.添加導流翼之后的改進型封頭與基本封頭相比，物流分配的均勻性有了很大提高，物流分配均勻性的改善會使得流體所攜帶的熱量分布均勻一致，從而使得換熱器截面 的溫度場分布均勻，可充分利用換熱器的有效換熱面積，實現均勻換熱。2.采用此新型板翅式換熱器入口結構，可極大地提高換熱器板束內部的物流分配，改善換熱器的傳熱性能，減少彌補換熱面積損失的設備投資，消除高壓板翅式換熱器因換熱不良而引起的惡性事故，減少事故率和運行維護費用。本發(fā)明專利的研究工作對換熱器的優(yōu)化設計有重要意義，尤其對于大型空分用板翅式換熱器以及航空航天小型緊湊式板翅式換熱器的優(yōu)化設計具有重要意義。3.此導流翼封頭所添加的導流翼片結構簡單、成本低廉且易于安裝加工，對于板翅式換熱器的工程應用具有重要意義。保證與完善板翅式換熱器優(yōu)良的傳熱性能是換熱器研究與設計人員的重要任務，對其性能的研究與改進更能進一步體現這一高效換熱器的優(yōu)勢，具有重要的工程意義與理論價值。


圖I為本發(fā)明的結構剖面圖。圖2_a為圖I的側視圖；圖2_b為圖I的仰視圖。圖3-a為小孔均勻排列的導流翼片3示意圖；圖3-b為小孔非均勻排列的導流翼片3示意圖。圖4為本發(fā)明的安裝參數示意圖。圖5-a為原始封頭中流場分布圖；圖5-b為導流翼封頭中流場分布圖。圖6為原始封頭與導流翼封頭的出口質量流量圖。圖7為出口流量不均勻度隨本發(fā)明安裝參數s和a的變化圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做詳細描述參照圖I、圖2-a和圖2-b，一種板翅式換熱器導流翼封頭，包括封頭瓜皮結構2，A口管I與封頭瓜皮結構2相連通，封頭瓜皮結構2的底部設有出口 4，兩個導流翼片3對稱安裝在封頭瓜皮結構2內，導流翼片3的上部與入口管I的底部連接，導流翼片3的側部和封頭瓜皮結構2的內部連接，導流翼片3上布滿小孔，小孔的直徑為10mm-30mm。所述的導流翼片3上小孔的排布方式有兩種均勻排布，參照圖3-a，孔徑相同，順排排列；非均勻排布，參照圖3-b，靠近入口管I的區(qū)域小孔直徑最小，偏離入口管I區(qū)域的小孔直徑次之，靠近封頭截面邊緣區(qū)域的小孔直徑最大。
參照圖4，所述的導流翼片3的兩個翼片上頂端安裝在入口管I與封頭瓜皮結構2的相貫線上，導流翼片3的兩個翼片頂端距離s和入口管I的直徑d的比為0. 05^0. 15。參照圖4，所述的導流翼片3的下底端距離封頭瓜皮結構2的出口 4截面的高度h=l/4R，R為封頭瓜皮結構2半徑。參照圖4，所述的導流翼片3的兩翼片與來流方向的夾角為a，a為60° 80°。本發(fā)明的工作原理為從換熱器入口管進來的流體經過導流翼封頭時，首先在入口管I和瓜皮結構2的交界處進行第一次流體分配，然后兩側的流體在遇到導流翼小孔時進行第二次流體分配。導流翼片3會消耗流體的動壓頭使得流體和緩，大大改善通過各小孔的分配情況，從而使得流體在到達封頭的出口 4之前，就已經進行了均勻分配，因此有效解決了換熱器內部流體分配不均勻的問題。參照圖4，為了使流體進入換熱器入口的封頭后得到更好的分流，導流翼封頭安裝參數用兩個無量綱參數表示①相對翼距s/d ;②導流翼角a。根據原始封頭 結構以及相應的來流工況對這兩個無量綱參數作適當的調整，以尋求最佳的安裝參數。為了分析流體在改進前后的封頭結構中的分配特征，同時考慮到節(jié)省人力物力，本發(fā)明采用數值模擬評估方法，對結構改進前后封頭內的流場分布情況分別進行數值模擬，從而得到宏觀的流體分配特征。參照圖5_a、圖5_b和圖6,由圖5_a和圖5_b可見導流翼封頭與原始封頭中速度場的分布情況，圖6是導流翼封頭與原始封頭出口的質量分布情況。對比兩圖的模擬結果表明，導流翼封頭在流體的壓降增加不大的情況下，可以有效將原始封頭正對入口管處封頭出口的高質量流量降低，并增加了遠離中心軸線處封頭出口的流量，達到物流均勻分配的目的，因此可有效改善換熱器的傳熱性能。
權利要求
1.一種板翅式換熱器導流翼封頭,包括封頭瓜皮結構(2),入口管(I)與封頭瓜皮結構(2)相連通，封頭瓜皮結構(2)的底部設有出口(4)，其特征在于兩個導流翼片(3)對稱安裝在封頭瓜皮結構(2)內，導流翼片(3)的上部與入口管(I)的底部連接，導流翼片(3)的側部和封頭瓜皮結構(2)的內部連接，導流翼片(3)上布滿小孔，小孔的直徑為10mm-30mm。
2.根據權利要求I所述的一種板翅式換熱器導流翼封頭，其特征在于所述的導流翼片(3)上小孔的排布方式有兩種排列方式均勻排布，孔徑相同，順排排列；非均勻排布，靠近入口管(I)的區(qū)域小孔直徑最小，偏離入口管(I)區(qū)域的小孔直徑次之，靠近封頭截面邊緣區(qū)域的小孔直徑最大。
3.根據權利要求I或2所述的一種板翅式換熱器導流翼封頭，其特征在于所述的導流翼片(3 )的兩個翼片上頂端安裝在入口管(I)與封頭瓜皮結構(2 )的相貫線上，導流翼片(3)的兩個翼片頂端距離s和入口管(I)的直徑d的比為O.05^0. 15。
4.根據權利要求I或2所述的一種板翅式換熱器導流翼封頭，其特征在于所述的導流翼片(3)的下底端距離封頭瓜皮結構(2)的出口(4)截面的高度h=l/4R，R為封頭瓜皮結構(2)半徑。
5.根據權利要求I或2所述的一種板翅式換熱器導流翼封頭，其特征在于所述的導流翼片(3)的兩翼片與來流方向的夾角為a，a為60° 80°。
全文摘要
一種板翅式換熱器導流翼封頭，包括封頭瓜皮結構，入口管與封頭瓜皮結構相連通，封頭瓜皮結構的底部設有出口，兩個導流翼片對稱安裝在封頭瓜皮結構內，導流翼片的上部與入口管的底部連接，導流翼片的側部和封頭瓜皮結構的內部連接，導流翼片上布滿小孔，從換熱器入口管進來的流體經過導流翼封頭時，首先在入口管和瓜皮結構的交界處進行第一次流體分配，然后兩側的流體在遇到導流翼小孔時進行第二次流體分配。導流翼片會消耗流體的動壓頭使得流體和緩，大大改善通過各小孔的分配情況，提高其傳熱性能，減少彌補換熱器面積損失的設備投資，并消除因換熱不良而引起的惡性事故，而且結構簡單，成本低廉。
文檔編號F28F11/00GK102967170SQ20121045522
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權日2012年11月13日
發(fā)明者文鍵, 王少華, 厲彥忠, 李亞梅 申請人:西安交通大學