用于燃气热水装置的铸铝换热片的制作方法
【专利摘要】一种用于燃气热水装置的铸铝换热片，包括片体（1），片体（1）内部设有水道（2），片体（1）表面设有换热柱（3），其特征在于：所述水道（2）壁面设有扰流纹（21）。由于本发明在水道壁面设置扰流纹，水流扰动由壁面向水流中心进行，使水流体在水道内部形成空间旋流紊流状态，故它能有效减少水道内滞留层的厚度，降低水道内对流换热热阻，还能冲刷流道壁面，避免杂物在水道内沉积，从而提高换热效率。
【专利说明】用于燃气热水装置的铸铝换热片
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于燃气热水装置的铸铝换热片，尤其适用于锅炉、燃气锅炉或燃气采暖热水炉等设备。
【背景技术】
[0002]根据理论分析及实验研究，流体呈湍流状态时，流体分为湍流主体、缓冲层和滞留层，缓冲层和滞留层统称为边界层。同时，影响流体对流传热系数α的因素有传热设备的特性尺寸1、流体的密度P、粘度μ、比热cp、导热系数λ及流速u等物理量,它们可用一般函数关系式来表达:a =f (1、p、μ、cp、λ、u)。其中导热系数λ取决于对流传热的热阻，对流传热热阻主要由边界层的导热热阻构成，边界层厚度越大，对流传热热阻越大。
[0003]现有技术中，铸铝换热片在增强对流换热技术上，采用的是在换热片的水道中增加扰流柱来改善水流在水道内的流动状态，这种方式对水流的流动主体干扰性较强，有利于使流动主体形成紊流状态，从而降低缓冲层热阻，增加对流传热效率。但由于扰流作用在流体主体位置，扰流作用方向杂乱，流体扰动由流体中心向边界进行，经缓冲层作用后，对滞留层作用效果较低，滞留层热阻降低不明显。为克服上述缺陷，特对用于燃气热水装置的铸铝换热片进行了改进。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是要提供一种用于燃气热水装置的铸铝换热片，它能提高换热效率。
[0005]对流换热根据流体的流动状态可以分为层流和紊流，两者的传热机理有本质的区另IJ。当流体呈层流时，流体沿壁面分层流动，即流体在热流方向上没有混杂运动，传热基本上依靠分子扩散作用的热传导来进行；当流体呈紊流时，紊流主体的传热为涡流作用引起的热对流，在壁面附近的滞流内层中仍为热传导，因此在紊流状态下，影响对流换热的主要因素即为壁面滞留层厚度。即在同等条件下，降低流体滞留层的厚度可有效降低对流传热的热阻，增加传热效率。在水道内增加扰流柱来干扰水流的流动状态，虽然使水流主体产生不稳定弱紊流状态，但流体扰动由中心向壁面进行，在临近壁面位置水流扰动作用较弱，滞留层较厚，换热器的换热效率提升有限，应使流体扰动由水道的壁面向流体中心进行。
[0006]因此，本发明解决其技术问题采用的技术方案是:它包括片体，片体内部设有水道，片体表面设有换热柱，水道壁面设有扰流纹。换热柱用于吸收高温烟气的热量，水道壁面的扰流纹使水流主体产生扰动，形成紊流，而且流体扰动由水道壁面向流体中心进行，从而有效降低流体滞留层的厚度，提高换热效果。
[0007]进一步地，所述扰流纹倾斜设置，再进一步地，水道相对壁面上的扰流纹反向设置，使水流在水道内形成大致呈螺旋状态流动的空间旋流紊流。
[0008]进一步地，所述水道上游区域扰流纹的宽度D大于水道下游区域扰流纹的宽度D，扰流纹的宽度越大，扰流效果越强烈。[0009]进一步地，所述水道上游区域扰流纹与水流方向的夹角α大于水道下游区域扰流纹与水流方向的夹角α。再进一步地，所述夹角α为15° — 45°，夹角α越大，扰流效果越强烈。
[0010]进一步地，所述上游区域的水道内设有扰流柱。水流在扰流柱与扰流纹的共同作用下，水流扰动由壁面和水流中心同时进行，有利于进一步降低水道内对流换热热阻，有效提高换热效率。
[0011]进一步地，所述水道的截面积从上游至下游逐渐减少。由于水道内部弯曲复杂，阻力较大，水流的流速从水道上游到水道下游逐渐降低，但通过缩小水道的截面积，可以提高水流的流速，从而增强扰流纹的扰流作用强烈。
[0012]更进一步地，所述水道的进水口设置在片体下部，出水口设置在片体上部。
[0013]更进一步地，所述换热柱分布在片体两侧，上下两排相邻的换热柱错开设置。
[0014]本发明同【背景技术】相比所产生的有益效果:由于本发明在水道壁面设置扰流纹，水流扰动由壁面向水流中心进行，使水流体在水道内部形成空间旋流紊流状态，故它能有效减少水道内滞留层的厚度，降低水道内对流换热热阻，还能冲刷流道壁面，避免杂物在水道内沉积，从而提闻换热效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的立体剖视示意图；
图3为图2中左侧部分的壁面结构示意图；
图4为图2中右侧部分的壁面结构示意图；
图5为水道2中扰流纹21的局部放大图；
图6为本发明组合使用的示意图一；
图7为本发明组合使用的示意图二。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图，以在燃气锅炉中采用本铸铝换热片组成的冷凝正压燃烧换热器为例，说明本铸铝换热片的结构及工作原理。图5中的箭头代表水流方向。图6中的虚线箭头代表烟气流动方向，水道2中的实线箭头代表水流旋转方向，水道2中的带点的圆圈代表水流方向为垂直纸面向外，带叉的圆圈代表水流方向为垂直纸面向里，水道2中圆圈数量的多少代表水流量的大小。图6中的温度区域划分线为片体I中水道区域(上部水道顶壁与下部水道底壁之间的区域)的中线。
[0017]参看图1和图2,铸招换热片包括片体I,片体I内部设有水道2,水道2的进水口23设置在片体I下部，出水口 24设置在片体I上部，水道2壁面设有扰流纹21。片体I表面设有换热柱3，换热柱3分布在片体I两侧，上下两排相邻的换热柱3错开设置。使用时，片体I上部(即水道下游)接近燃气热水装置的燃烧室，烟气温度较高，称为“高温区”，片体I下部(即水道上游)烟气温度较低，称成“低温区”。
[0018]参看图2、图3和图4，扰流纹21倾斜设置，且水道2相对壁面上的扰流纹21反向设置。上游区域的水道2内设有扰流柱22。水道2的截面积从上游至下游逐渐减少。参看图5，水道2上游区域扰流纹21的宽度D大于水道2下游区域扰流纹21的宽度D，水道2上游区域扰流纹21与水流方向的夹角α大于水道2下游区域扰流纹21与水流方向的夹角α，夹角α为15° — 45°。根据扰流纹21在流道壁面的空间布置，水流在流动过程中受壁面扰流纹21定向性阻流作用，使水流在壁面形成切向流动。参看图6，水道的截面积从上游至下游逐渐减少，片体I上部高温区(即水道下游)的水道截面小，水流流速高，扰流纹21扰流作用强烈，水流对壁面切向冲刷作用强烈；片体I下部低温区(即水道上游)的水道截面大，水流流速低，扰流纹21扰流作用较弱。片体I下部低温区的水道通过增加扰流柱22同时加粗扰流纹21的宽度D和加大扰流纹21与水道的夹角α来增强扰流作用，使低温区水流扰动由壁面和中心同时进行，增强紊流效果。通过以上结构，使水流在水道2内形成强烈的空间旋流紊流流动，水流冲击水道2的壁面，降低壁面滞留层厚度，同时带走流道壁面沉积杂物，不仅能提高换热效率，还能提高使用本冷凝正压燃烧换热器的燃气铸铝锅炉的安全运转性。此外，水道的截面积从上游至下游逐渐减少的变化方式多样:可以是逐层递减，即如图6所示的从下往上六层水道，每层水道截面积均不相同，第一层截面积最大，第六层最小；也可以是不定层递减，即有若干层水道的截面积可以相同，如图7所示的从下往上六层水道，第一层截面积最大，第二、三层截面积相同且小于第一层，第四、五、六层截面积相同且最小。
[0019]参看图6和图7，两块片体I组合在一起使用，在上部高温区呈V字型空腔，有利于烟气导流。燃气锅炉工作时，燃气产生的高温烟气从上向下流动，高温烟气通过两片体I表面的换热柱3后，烟气的热量被换热柱3吸收，变成低温烟气排出。水道2内的水流在扰流纹21和扰流柱22作用下，形成稳定强烈的空间旋流紊流流动，高效率地将换热柱3吸收的
热量换走。
[0020]本铸铝换热片利用水道2壁面的扰流纹21对水流产生切向扰流作用，使水流在水道2内以稳定的空间旋流紊流流动，通过壁面切向扰流作用，使水流对壁面形成强烈切向冲刷，破坏壁面滞留层厚度，有效降低紊流对流传热热阻，提高换热效率；此外，利用旋流流动对壁面的持续冲刷，使水道2壁面沉积的杂物被冲向流体中心被水流带走，起到自清洗作用，提高燃气热水炉的运转安全性和换热效果。因此，在功率需求相同的前提下，本发明具有水道短，结构紧凑，使用材料少等优点，可有效降低生产成本。
【权利要求】
1.一种用于燃气热水装置的铸铝换热片，包括片体(1)，片体(I)内部设有水道(2)，片体(I)表面设有换热柱(3 )，其特征在于:所述水道(2 )壁面设有扰流纹(21)。
2.根据权利要求1所述的用于燃气热水装置的铸铝换热片，其特征在于:所述扰流纹(21)倾斜设置。
3.根据权利要求2所述的用于燃气热水装置的铸铝换热片，其特征在于:所述水道(2)相对壁面上的扰流纹(21)反向设置。
4.根据权利要求1所述的用于燃气热水装置的铸铝换热片，其特征在于:所述水道(2)上游区域扰流纹(21)的宽度D大于水道(2)下游区域扰流纹(21)的宽度D。
5.根据权利要求1所述的用于燃气热水装置的铸铝换热片，其特征在于:所述水道(2)上游区域扰流纹(21)与水流方向的夹角α大于水道(2)下游区域扰流纹(21)与水流方向的夹角α。
6.根据权利要求5所述的用于燃气热水装置的铸铝换热片，其特征在于:所述夹角α为 15° —45°。
7.根据权利要求1所述的用于燃气热水装置的铸铝换热片，其特征在于:所述上游区域的水道(2)内设有扰流柱(22)。
8.根据权利要求1所述的用于燃气热水装置的铸铝换热片，其特征在于:所述水道(2)的截面积从上游至下游逐渐减少。
9.根据权利要求1一8任一项所述的用于燃气热水装置的铸铝换热片，其特征在于:所述水道(2 )的进水口( 23 )设置在片体(I)下部，出水口( 24 )设置在片体(I)上部。
10.根据权利要求1一8任一项所述的用于燃气热水装置的铸铝换热片，其特征在于:所述换热柱(3)分布在片体(I)两侧，上下两排相邻的换热柱(3)错开设置。
【文档编号】F24H9/00GK103808011SQ201410060955
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2014年2月24日
【发明者】叶远璋, 乔中利, 武世涛 申请人:广东万和新电气股份有限公司