用于热交换器的管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于热交换器的管，其包括具有按照特定图案的凹座(dimples) 的区域，由此增加在低压降条件下的热交换的程度。
[0002] 根据本发明的热交换器的管在用于EGR(废气再循环)系统的热交换器中的使用是 特别有益的。本发明还被认为对环境有益，因为它增加用其设计的热交换器的效率。
【背景技术】
[0003] 热交换器是提高通过交换表面的两种流体之间的热传递的装置，该交换表面防止 两种流体的混合。热传递的量与换热表面成比例，并与每单位面积的交换率也成比例。
[0004] 每单位面积的热交换率主要取决于交换表面周围的流动状况和流体特性。考虑到 对流换热机理比扩散换热机理更有效，现有技术使用的方案设法增强交换表面附近的对 流。
[0005] 用于增加交换表面附近的对流的一种手段是利用翅片。最广泛使用的翅片是以从 表面露出的板的形式的突起。翅片在交换表面附近流动的流上具有双重作用，第一作用是 增加与流体接触的有效表面，因为除了在翅片开端区域的交换表面保持相同，还加上了翅 片两侧的面积；以及第二作用是增加交换表面附近的紊流。
[0006] 增加的紊流增强对流作用，因为具有小特征的直径的涡流的发生产生有利于在交 换表面附近和远离主流位于的区域之间的质量交换的移动结构，最终的结果是增加在交换 表面和流体之间的对流热传递。
[0007] 这种清晰的优点具有的缺点是，尽管换热增加，但压降也增加。当换热面积由第一 流体流动通过的管形成，并且所述管浸入与其交换热的第二流体并且第二流体又容纳在壳 体中时，压降既发生在壳体入口和出口之间，又发生在管入口和出口之间。
[0008] 高压降涉及需要更高的驱动能量。压降能够与热交换率一起建立热交换器效率的 整个程度。因此有效的热交换器不仅需要高热交换率而且还需要低压降。
[0009] 高热交换率能够减少用于容纳例如用于特定加热需求的交换表面所需的体积。
[0010] 用于使用翅片的热交换器的管的特殊情况是现有技术中已知的如混合管、翅片和 管或翅片和板。混合管是由金属板装置形成的管，其形状（即，按照其截面)是平面形状，它 具有两个在侧面通过分别弯曲的分段封闭的平行的平面的分段。
[0011] 在这种具有平面构造的管的内部具有由薄板形成的第二部分，薄板具有形成翅片 的几个弯曲，在此这种薄板陷入两个平面表面之间。
[0012] 这种管在交换率方面是非常有效的，但是由于内薄板的热膨胀作用，其具有特殊 的问题，例如其可能在这种膨胀产生应力的面积上引起疲劳。例如这是管埋置面积的情况， 在此内部部分的膨胀被埋置限制。
[0013] 这种管的替代是也具有在至少一个它的表面上容纳凹座的平面构造的管。凹座不 如翅片有效，因为它们既不能同样地紧凑，也不能将交换面积增加到相同的程度，但是它们 的优势是没有如上所述的膨胀问题，而且增加管的硬度。
[0014] 制造这种管传统方法基于拉制金属板，随后将金属板按照纵向方向弯曲直到管封 闭。例如，管是通过纵向地延伸熔焊焊珠连接彼此面对的边缘的方式被封闭。
[0015] 凹座的存在增加紊流并因此增加热交换率。由具有不同的凹座图案形成的为增加 热交换率的凹座的平面管是已知的。
[0016] 由于上游设置的凹座的影响，改进下游的图案以考虑流动变化也是已知的。然而， 这种图案使得制造这种管困难，因为相同的模子不能在沿着管的整个长度的冲压中使用， 或当用于获得管的薄板冲压操作进行时，在机器中需要改变凹座的深度的致动器。
[0017] 尽管这种图案增加热交换率，但它们也增加压降。
[0018] 本发明涉及一种结合凹座的管，用于增加热交换率，其能够克服以上指出的使用 组合高热交换率和低压降的凹座图案的缺点。
【发明内容】
[0019] 根据本发明的用于热交换器的管是具有扁平构造的管，其包括第一基本平面表 面，和平行于并与第一表面间隔开的第二基本平面表面。因此管的扁平构造必须通过相互 平行布置的第一平面表面和第二平面表面的存在和该两个表面通过侧壁连接进行解释。尽 管侧壁能够具有任何构造，但最常见的实施例使用按照管的截面的半圆形分段的构造。
[0020] 至少一个表面具有多个凹座，该多个凹座按照沿着管的纵向方向X-X7重复的图案 配置。管的纵向方向是管的准线沿着其延伸的方向。
[0021] 图案通过多组覆盖平面表面的宽度的凹座排列配置。凹座通常在根部具有圆角半 径以便冲压不产生过多的残余应力或变形不削弱薄板。这种圆角半径产生在其它凹座或管 的壁之间的某些间隔，所以凹座覆盖平面表面的宽度的显示必须解释为意思是能够具有设 置在平面表面的侧面和管壁的凹座之间的过渡面积或通路通道。
[0022]多组排列遵照:按照相对于纵向方向X-f在40°和50°度之间倾斜地布置的完全相 同的方向Y-V排列，并且在此该管至少包括：
[0023] -由两个凹座形成的第一组，第一细长凹座按照与第一点凹座对齐的倾斜的方向 Y-V延伸，由此第一流动通道建立在细长凹座和点凹座之间，
[0024] -由四个点凹座形成的第二组:第二点凹座、第三点凹座、第四点凹座和第五点凹 座，其基本上按照倾斜的方向Y-Y'排列，由此第二流动通道建立在第二点凹座和第三点凹 座之间，第三流动通道建立在第三点凹座和第四点凹座之间，第四流动通道建立在第四点 凹座和第五点凹座之间，
[0025] -由两个凹座形成的第三组，第六点凹座与第二细长凹座对齐，第二细长凹座按照 倾斜的方向Y-V延伸，由此第五流动通道建立在第六点凹座和第二细长凹座之间，
[0026] -由四个点凹座形成的第四组:第七凹座、第八凹座、第九凹座和第十凹座，其基本 上按照倾斜的方向Y-Y^排列，由此第六流动通道建立在第七点凹座和第八点凹座之间，第 七流动通道建立在第八点凹座和第九点凹座之间，第八流动通道建立在第九点凹座和第十 点凹座之间，其中第一流动通道的设置是这样的，其使得通过相同的运行模式的流动主要 向第三流动通道和第四流动通道输送。
[0027] 图案包含细长凹座和点凹座。细长凹座具有优选的方向。当凹座组表示为沿特定 的方向排列时，它必须解释为细长凹座沿着排列的取向延伸，并且此外，其延伸沿着的轴线 还通过点凹座的位置，除了可能较小偏差之外。
[0028] 由每个由多个凹座形成的组形成的图案具有朝向完全相同侧倾斜的取向Y-疒。这 种取向导致存在速度分量，速度分量也倾斜但是不改变在这个方向的整个流动的取向。在 连续布置的凹座组之间连续的通道地点的策略设置产生优选的通路通道，优选的通路通道 取向为沿纵向方向或乃至沿倾斜方向但具有关于按照由纵向轴线X-X'定义的对称的倾斜 的方向Y-V相反的倾斜方向。
[0029] 可选的一个倾斜方向和另一个方向增加局部紊流，转而允许通过因此而被识别的 通道的主要的流动。现有技术教导许多凹座的存在增加紊流但是减少管的有效截面，因为 它们是刺入管的突起，增加通路阻力。
[0030] 根据本发明的特殊的构造保持具有高紊流度作用的许多凹座，但是没有显著地减 少有效截面，因为如根据本发明按照特别的凹座图案建立的通道的形式保持低压降流动， 因为流动获得优选的通路通道。
[0031] 优选的通路通道的形成不仅取决于在特定的通道下游的凹座之间的间隔的相对 位置，而且取决于其它周围凹座的影响。特定的凹座设计的最终的性能是不能预知的，由于 相邻凹座之间既在侧面上又在下游和上游流动方向两者上的这种强关联，更何况当使用沿 着管的长度周期性地可再现的图案是有利的时，例如在顺流时从一个图案改变到下一个图 案的情况。
[0032] 确定图案是否遵从效率目的（即高换热及少损失）的唯一方法是通过在结合建议 的图案的管中的流动模拟。这种模拟能够通过例如数值模型(cro(计算流体动力学)模拟） 进行。模拟能够执行数值实验评定热传递和流动性能，相比之下，在此与其它已知的图案比 较而决不允许推断结果。
[0033] 本发明图案的目的已经被证明有效地解决了所描述的缺点。在一个方向与在连续 布置的装置之间形成的通道组合的凹座组的分布的组合已经被证明具有一种比现有技术 已知的按照垂直于凹座布置其上的面的方向延伸更小距离的在周围流动上的扰动影响。这 允许在管的两相对的表面上的对称布置，以继续保持通过使用在单个表面上的图案