专利名称：一种板翅式换热器导流翼封头的制作方法
技术领域：
本发明属于板翅式换热器技术领域，具体涉及一种板翅式换热器导流翼封头。
背景技术：
板翅式换热器是热力过程中的关键设备，具有结构紧凑、传热效率高、便于通道布置和换热面积分配等特点。与传统的管壳式换热器相比，其传热效率能提高20% 30%，成本可降低约50%，因此被广泛应用于空气分离、石油化工、航空航天等领域。国内外的研究指出，引起该类换热器性能下降的主要因素为物流分配不均匀、纵向导热以及温度场的分布不均匀。因为物流分配的不均匀会加剧换热器内部温度场分布不 均匀和纵向传热，从而加剧了换热器整体效能的下降，所以物流分配不均匀性对换热器效能的影响在三者中是最主要的。如何改善换热器内部的物流分配，从而改善换热器整体效能的研究，一直得到了国内外专家学者的共同关注。引起板翅式换热器内部物流分配不均匀性的因素是多方面的，如不合理的封头结构、制造公差和热交换过程等。研究结果表明，物流分配的不均匀性主要发生在板翅式换热器的封头部分。而导流片部分的不均匀性，主要是由封头的来流不均匀引起的。对于板翅式换热器目前使用的基本封头，由于其入口管径与封头长度相比太小，从而使得封头出口对应于入口管轴线附近的流体流速较大，而远离轴线的地方流体流速很小，造成物流分配极不均匀，从而影响换热器的换热效率，而且这种影响随着传热单元数的增加而扩大。由于封头结构以及换热器的流动布置方式不同，物流分配的不均匀性对其整体效能的影响不同，可导致逆流换热器的整体效能下降7%，而对错流式换热器效能的影响高达25%，从而降低了该类换热器的整体效能。由上所述，换热设备的入口结构对来流的流场分布起着至关重要的作用，来流的均匀性分布是保证换热设备内部流场均匀的前提。因而，提出一种能使板翅式换热器物流得到均匀分配的导流翼封头对换热器内流体均匀分配、性能优化和节能至关重要，具有重要的现实意义。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种板翅式换热器导流翼封头，提高其传热性能，减少弥补换热器面积损失的设备投资，并消除因换热不良而引起的恶性事故，而且结构简单，成本低廉。为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为—种板翅式换热器导流翼封头，包括封头瓜皮结构2,入口管I与封头瓜皮结构2相连通，封头瓜皮结构2的底部设有出口 4，两个导流翼片3对称安装在封头瓜皮结构2内，导流翼片3的上部与入口管I的底部连接，导流翼片3的侧部和封头瓜皮结构2的内部连接，导流翼片3上布满小孔,小孔的直径为10mm-30mm。所述的导流翼片3上小孔的排布方式有两种均匀排布，孔径相同，顺排排列；非均匀排布，靠近入口管I的区域小孔直径最小，偏离入口管I区域的小孔直径次之，靠近封头截面边缘区域的小孔直径最大。所述的导流翼片3的两个翼片上顶端安装在入口管I与封头瓜皮结构2的相贯线上，导流翼片3的两个翼片顶端距离s和入口管I的直径d的比为0. 05^0. 15。所述的导流翼片3的下底端距离封头瓜皮结构2的出口 4截面的高度h=l/4R，R为封头瓜皮结构2半径。所述的导流翼片3的两翼片与来流方向的夹角为a，a为60° 80°。本发明的优越性在于I.添加导流翼之后的改进型封头与基本封头相比，物流分配的均匀性有了很大提高，物流分配均匀性的改善会使得流体所携带的热量分布均匀一致，从而使得换热器截面 的温度场分布均匀，可充分利用换热器的有效换热面积，实现均匀换热。2.采用此新型板翅式换热器入口结构，可极大地提高换热器板束内部的物流分配，改善换热器的传热性能，减少弥补换热面积损失的设备投资，消除高压板翅式换热器因换热不良而引起的恶性事故，减少事故率和运行维护费用。本发明专利的研究工作对换热器的优化设计有重要意义，尤其对于大型空分用板翅式换热器以及航空航天小型紧凑式板翅式换热器的优化设计具有重要意义。3.此导流翼封头所添加的导流翼片结构简单、成本低廉且易于安装加工，对于板翅式换热器的工程应用具有重要意义。保证与完善板翅式换热器优良的传热性能是换热器研究与设计人员的重要任务，对其性能的研究与改进更能进一步体现这一高效换热器的优势，具有重要的工程意义与理论价值。
图I为本发明的结构剖面图。图2_a为图I的侧视图；图2_b为图I的仰视图。图3-a为小孔均匀排列的导流翼片3示意图；图3-b为小孔非均匀排列的导流翼片3示意图。图4为本发明的安装参数示意图。图5-a为原始封头中流场分布图；图5-b为导流翼封头中流场分布图。图6为原始封头与导流翼封头的出口质量流量图。图7为出口流量不均匀度随本发明安装参数s和a的变化图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细描述参照图I、图2-a和图2-b，一种板翅式换热器导流翼封头，包括封头瓜皮结构2，A口管I与封头瓜皮结构2相连通，封头瓜皮结构2的底部设有出口 4，两个导流翼片3对称安装在封头瓜皮结构2内，导流翼片3的上部与入口管I的底部连接，导流翼片3的侧部和封头瓜皮结构2的内部连接，导流翼片3上布满小孔，小孔的直径为10mm-30mm。所述的导流翼片3上小孔的排布方式有两种均匀排布，参照图3-a，孔径相同，顺排排列；非均匀排布，参照图3-b，靠近入口管I的区域小孔直径最小，偏离入口管I区域的小孔直径次之，靠近封头截面边缘区域的小孔直径最大。
参照图4，所述的导流翼片3的两个翼片上顶端安装在入口管I与封头瓜皮结构2的相贯线上，导流翼片3的两个翼片顶端距离s和入口管I的直径d的比为0. 05^0. 15。参照图4，所述的导流翼片3的下底端距离封头瓜皮结构2的出口 4截面的高度h=l/4R，R为封头瓜皮结构2半径。参照图4，所述的导流翼片3的两翼片与来流方向的夹角为a，a为60° 80°。本发明的工作原理为从换热器入口管进来的流体经过导流翼封头时，首先在入口管I和瓜皮结构2的交界处进行第一次流体分配，然后两侧的流体在遇到导流翼小孔时进行第二次流体分配。导流翼片3会消耗流体的动压头使得流体和缓，大大改善通过各小孔的分配情况，从而使得流体在到达封头的出口 4之前，就已经进行了均匀分配，因此有效解决了换热器内部流体分配不均匀的问题。参照图4，为了使流体进入换热器入口的封头后得到更好的分流，导流翼封头安装参数用两个无量纲参数表示①相对翼距s/d ;②导流翼角a。根据原始封头 结构以及相应的来流工况对这两个无量纲参数作适当的调整，以寻求最佳的安装参数。为了分析流体在改进前后的封头结构中的分配特征，同时考虑到节省人力物力，本发明采用数值模拟评估方法，对结构改进前后封头内的流场分布情况分别进行数值模拟，从而得到宏观的流体分配特征。参照图5_a、图5_b和图6,由图5_a和图5_b可见导流翼封头与原始封头中速度场的分布情况，图6是导流翼封头与原始封头出口的质量分布情况。对比两图的模拟结果表明，导流翼封头在流体的压降增加不大的情况下，可以有效将原始封头正对入口管处封头出口的高质量流量降低，并增加了远离中心轴线处封头出口的流量，达到物流均匀分配的目的，因此可有效改善换热器的传热性能。
权利要求
1.一种板翅式换热器导流翼封头,包括封头瓜皮结构(2),入口管(I)与封头瓜皮结构(2)相连通，封头瓜皮结构(2)的底部设有出口(4)，其特征在于两个导流翼片(3)对称安装在封头瓜皮结构(2)内，导流翼片(3)的上部与入口管(I)的底部连接，导流翼片(3)的侧部和封头瓜皮结构(2)的内部连接，导流翼片(3)上布满小孔，小孔的直径为10mm-30mm。
2.根据权利要求I所述的一种板翅式换热器导流翼封头，其特征在于所述的导流翼片(3)上小孔的排布方式有两种排列方式均匀排布，孔径相同，顺排排列；非均匀排布，靠近入口管(I)的区域小孔直径最小，偏离入口管(I)区域的小孔直径次之，靠近封头截面边缘区域的小孔直径最大。
3.根据权利要求I或2所述的一种板翅式换热器导流翼封头，其特征在于所述的导流翼片(3 )的两个翼片上顶端安装在入口管(I)与封头瓜皮结构(2 )的相贯线上，导流翼片(3)的两个翼片顶端距离s和入口管(I)的直径d的比为O.05^0. 15。
4.根据权利要求I或2所述的一种板翅式换热器导流翼封头，其特征在于所述的导流翼片(3)的下底端距离封头瓜皮结构(2)的出口(4)截面的高度h=l/4R，R为封头瓜皮结构(2)半径。
5.根据权利要求I或2所述的一种板翅式换热器导流翼封头，其特征在于所述的导流翼片(3)的两翼片与来流方向的夹角为a，a为60° 80°。
全文摘要
一种板翅式换热器导流翼封头，包括封头瓜皮结构，入口管与封头瓜皮结构相连通，封头瓜皮结构的底部设有出口，两个导流翼片对称安装在封头瓜皮结构内，导流翼片的上部与入口管的底部连接，导流翼片的侧部和封头瓜皮结构的内部连接，导流翼片上布满小孔，从换热器入口管进来的流体经过导流翼封头时，首先在入口管和瓜皮结构的交界处进行第一次流体分配，然后两侧的流体在遇到导流翼小孔时进行第二次流体分配。导流翼片会消耗流体的动压头使得流体和缓，大大改善通过各小孔的分配情况，提高其传热性能，减少弥补换热器面积损失的设备投资，并消除因换热不良而引起的恶性事故，而且结构简单，成本低廉。
文档编号F28F11/00GK102967170SQ20121045522
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者文键, 王少华, 厉彦忠, 李亚梅 申请人:西安交通大学