一种条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片的制作方法

本发明涉及换热器技术领域，具体说是一种条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片。

背景技术：

管翅式换热器被广泛应用到化工、制冷、空调等领域。该类换热器管外介质大多为空气，以致翅片侧换热系数低，热阻大，极大的影响了换热器的换热效率。为了进一步提高空气侧换热性能，研究人员采取了增大翅片几何尺寸、增强流体扰动强度等措施，但受经济性的限制使得翅片的几何尺寸增大空间有限，因此更多的采用百叶窗式、条缝式和间断环面槽等间断或破口结构以增强流体扰动强度，进而改变翅片管束通道中流体的流动特性。

翅片开缝是一种有效强化空气侧传热的方法，其强化传热机理是开缝的存在改善了平直翅片中流场和温度场的协同性。一般开缝翅片缝的位置接近“x”形，“x”形开缝翅片可以使流体边界层间断发展，但流体流经圆管尾流区域时阻力损失较大，采取在圆管尾流区布置一对曲面三角形涡产生器能引导更多的流体流经圆管尾部，有效抑制了流体与管壁的分离，减小了尾流区域的流动阻力损失，另一方面，曲面三角形涡产生器还能诱导出强烈的二次流动，进一步加强冷热流体的混合，有利于强化传热，可以实现强化传热和减小阻力损失的双重作用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了进一步改善圆管管翅式换热器的换热性能，提供一种能减小流体流经圆管尾流区域的阻力损失，并在不断破坏边界层的形成和发展的同时诱导产生二次流动以加强冷热流体的混合的一种条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片。

本发明采用下述技术方案解决其技术问题：提供一种条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片，包括翅片、平行四边形条缝、矩形条缝、曲面三角形涡产生器、等腰梯形条缝和翻边凸台，所述翅片上开有若干套装圆管的圆孔，错排或者顺排布置的圆孔周围布置有平行四边形条缝、矩形条缝、曲面三角形涡产生器、等腰梯形条缝和翻边凸台。

所述翅片上每两个圆孔中心上游冲压出若干平行四边形条缝和若干矩形条缝，平行四边形条缝和矩形条缝在圆孔一侧的边线与圆孔同圆心的圆弧相切，平行四边形条缝和矩形条缝在圆孔两侧对称分布。

所述翅片在每个圆孔中心下游两侧冲压出一对曲面三角形涡产生器，并在翅片上留下一对曲边三角形孔，所述曲面三角形涡产生器的圆弧所在圆心与圆孔的圆心重合。

所述翅片在每两个圆孔中心下游冲压出1～2个等腰梯形条缝，所述等腰梯形条缝的腰所在边线与以圆孔同圆心的圆弧相切。

所述翅片上套装圆管的圆孔上设有翻边凸台，翻边凸台的高度等于翅片安装在管翅式换热器后翅片之间的间距。

本发明在圆孔上游周向布置条缝，条缝可以使流体流动边界层间断发展，同时形成间断发展的热边界层来强化传热，在圆管尾流区布置一对曲面三角形涡产生器能引导更多的流体流经圆管尾部，有效抑制了流体与管壁的分离，减小了尾流区域的流动阻力损失，另一方面，条缝和曲面三角形涡产生器还能诱导出强烈的二次流动，进一步加强冷热流体的混合，有利于强化传热，可以实现强化传热和减小阻力损失的双重作用。

附图说明

图1为本发明三维结构示意图；

图2为本发明二维结构示意图；

图3为图2的a-a局部放大图；

图4为图2的b-b局部放大图；

图5为案例计算的流体流动阻力系数f与雷诺数re的关系。

图6为案例计算的强化传热因子jf与雷诺数re的关系。

具体实施方式

为了说明本实用新型的目的及优点，结合以下数值计算实例对本实用新型做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

选取的计算域主要参数为：翅片管的纵向管间距s1＝13.64mm，横向管间距s2＝21mm，肋片间距为1.34mm，肋片厚度为0.11mm，净翅片间距tp＝1.24mm，圆管外径d＝7.61mm，圆管厚度δt＝0.21mm，条缝宽度w＝1.26mm，条缝净高度为0.93mm，条缝间距s＝1.07mm，条缝所在圆弧与圆管直径比为1.55，条缝倾角为α＝35°，曲面三角形涡产生器的高度是h＝1.05mm，弧长l＝4.21mm，厚度δ＝0.11mm。

结合图1至图4，本发明提供一种条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片，包括翅片1、平行四边形条缝(3、4)、矩形条缝5、曲面三角形涡产生器6、等腰梯形条缝7和翻边凸台8。所述翅片1上开有若干套装圆管的圆孔2，根据换热管布置圆孔2的位置和数量，圆孔2上设有翻边凸台8，所述翻边凸台8用于固定翅片1安装在管翅式换热器后翅片之间的间距。在圆孔2的一周冲压有平行四边形条缝(3、4)和矩形条缝5，平行四边形条缝(3、4)和矩形条缝5在圆孔一侧的边线与以圆孔2同圆心的圆弧相切，平行四边形条缝(3、4)和矩形条缝5在圆孔2两侧对称分布。在每个圆孔2中心下游两侧冲压出一对曲面三角形涡产生器6，并在翅片1上留下一对曲边三角形孔9，曲面三角形涡产生器6的圆弧所在圆心与圆孔2的圆心重合。在每两个圆孔2中心下游冲压出1～2个等腰梯形条缝7，所述等腰梯形条缝7的腰所在边线与以圆孔2同圆心的圆弧相切。

在雷诺数re为250～1600的范围内对条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片管内流体流动与传热进行了数值模拟，并与普通“x”形条缝翅片管的计算结果进行了对比，对比结果如图5、6所示。

图5所示为翅片管束通道中的流动阻力系数f与雷诺数re的关系，从图中可以明显看出，条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片的流体流动阻力小于普通条缝翅片，说明圆管后置一对曲面三角形涡产生器能有效抑制流体与管壁的分离，减小尾流区域的流动阻力损失。

图6所示为翅片管束通道中的强化传热因子jf与雷诺数re的关系，强化传热因子jf的定义式为jf＝(nu/nuref)/(f/fref)^1/3，其中nuref和fref分别为普通“x”形条缝翅片管的努塞尔数和阻力系数，从图中可以看出，条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片在re为250～1600的范围内强化传热因子均大于1，说明其综合强化传热效果较好。

技术特征：

1.一种条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片，包括翅片(1)、平行四边形条缝(3、4)、矩形条缝(5)、曲面三角形涡产生器(6)、等腰梯形条缝(7)和翻边凸台(8)，其特征在于所述翅片(1)上开有若干套装圆管的圆孔(2)，错排或者顺排的圆孔(2)周围布置有平行四边形条缝(3、4)、矩形条缝(5)、曲面三角形涡产生器(6)、等腰梯形条缝(7)和翻边凸台(8)。

2.根据权利要求1所述的一种条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片，其特征在于所述翅片(1)上每两个圆孔(2)中心上游冲压出若干平行四边形条缝(3、4)和若干矩形条缝(5)，所述平行四边形条缝(3、4)和矩形条缝(5)在圆孔一侧的边线与以圆孔(2)同圆心的圆弧相切，平行四边形条缝(3、4)和矩形条缝(5)在圆孔(2)两侧对称分布。

3.根据权利要求1所述的一种条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片，其特征在于所述翅片(1)在每个圆孔(2)中心下游两侧冲压出一对曲面三角形涡产生器(6)，并在翅片(1)上留下一对曲边三角形孔(9)，所述曲面三角形涡产生器(6)的圆弧所在圆心与圆孔(2)的圆心重合。

4.根据权利要求1所述的一种条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片，其特征在于所述翅片(1)在每两个圆孔(2)中心下游冲压出1～2个等腰梯形条缝(7)，所述等腰梯形条缝(7)的腰所在边线与以圆孔(2)同圆心的圆弧相切。

5.根据权利要求1所述的一种条缝-曲面涡产生器组合式强化翅片，其特征在于所述翅片(1)上套装圆管的圆孔(2)上设有翻边凸台(8)，所述翻边凸台(8)的高度等于翅片(1)安装在管翅式换热器后翅片之间的间距。

技术总结
本实用新型是一种条缝‑曲面涡产生器组合式强化翅片，翅片上布置有套装圆管的圆孔，圆孔上游周向冲压出若干条缝，圆孔下游两侧冲压出一对曲面三角形涡产生器，翅片在管翅式换热器上的间距通过翻边凸台确定。通过在圆管上游周向布置条缝，使得圆管与条缝之间形成流动通道，能对来流起到引流作用，减小了流体流动阻力损失，圆管下游的曲面三角形涡产生器能引导流体流经圆管尾部，有效抑制了流体与管壁的分离，减小了尾流区域的流动阻力损失，另一方面，圆管周向布置的条缝和曲面三角形涡产生器既破坏了边界层的形成和发展，减薄了边界层的厚度，还能诱导出强烈的二次流动，进一步加强冷热流体的混合，有利于强化传热。

技术研发人员：林志敏;武永和;侯均川;王良璧
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：2019.06.29
技术公布日：2020.08.04