[发明专利]一种辐射型三角小翼管翅强化换热表面结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种管翅强化换热表面结构，特别涉及一种适合于制冷和空调设备的蒸发器和冷凝器尤其燃气热水器中的辐射型三角小翼管翅强化换热表面结构。

背景技术

在制冷和空调系统中使用的蒸发器和冷凝器以及燃气热水器中，制冷剂或被加热介质在管内流动，气体(包括空气、烟气等)在管外流动，由于传热过程中的大部分热阻都集中在气体侧，为了增强换热，就在气体侧安装翅片，以增大换热面积，减小空气侧的热阻。为了进一步加强换热性能，广大科研人员对翅片及其表面附属结构进行了深入而广泛的研究，强化平翅片表面换热的研究和专利有很多，如采用波纹翅片、百叶窗翅片、布置纵向涡发生器的翅片等。波纹翅片和百叶传翅片换热能力较强但阻力较大；文献中常见的按照commom-flow-up或common-flow-down方式进行布置的纵向涡发生器阻力较小但不能满足工业上大换热量的要求；组合翅片换热和阻力性能较好，但结构复杂，加工制造繁琐，且容易积灰结垢，稳定性较差。

发明内容

本发明的目的在于同时利用“减小边界层厚度，增加流体流动扰动和改善温度速度协同”强化换热原理，提供一种能够节约翅片材料，提高气体翅片管换热器的传热，减小阻力，易于加工，减小制冷和空调设备的蒸发器、冷凝器及燃气热水器体积的辐射型三角小翼管翅强化换热表面结构。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：包括换热管以及套装在换热管上的若干组基片，在基片上换热管周围对称冲出两组三角形小翼，冲出的三角形小翼在基片上形成三角形通孔，每组由六个三角形小翼组成，自来流方向每根换热管周围的前五个三角形小翼的攻角由30度依次递增10度呈辐射型布置对流体进行导流，而尾涡区即最后面一个三角形小翼的攻角为120度，自来流方向各组的三角形小翼离开管壁的距离由3mm到1.5mm呈梯度依次递减，每个三角形小翼均与换热管的管壁形成渐缩通道使高速流体冲击换热管的壁面。

所述的冲出的三角形小翼为直角结构，其弦高比为2.23。

所述的三角形小翼除尾涡区外所有三角形小翼的尖点位于来流下游，而突起的直角边迎着来流方向。

所述的换热管叉排布置。

本发明根据管翅结构确定三角小翼的位置及几何尺寸大小及攻角，然后在基片上整体冲制三角小翼，再经过套片、胀管、焊接等工艺完成换热器的制作。数值模拟对比结果显示：在2m/s的流速下，工业中常用的波纹翅片气体侧表面换热系数h＝62.3W/(m²·K)，本发明翅片表面换热系数h＝86.4W/(m²·K)，比波纹翅片提高了38.7％，换热量增加6％-15％，压降增加5％左右，使得翅片的换热性能可以在更小的泵功条件下得到更大的改善。同时本发明充分利用了翅片材料，而且工艺简单易于制造，管翅单元易于扩充。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1，本发明包括叉排布置的换热管1以及套装在换热管1上的若干组基片2，在基片2上换热管1周围对称冲出两组三角形小翼3，三角形小翼3为直角结构，其弦高比为2.23，冲出的三角形小翼3在基片2上形成三角形通孔4，每组由六个三角形小翼3组成，自来流方向每根换热管周围的前五个三角形小翼的攻角α由30度依次递增10度呈辐射型布置对流体进行导流，而尾涡区即最后面一个三角形小翼3的攻角为120度，自来流方向各组的三角形小翼3离开管壁的距离由3mm到1.5mm呈梯度依次递减，三角形小翼3除尾涡区外所有三角形小翼的尖点5位于来流下游，而突起的直角边6迎着来流方向，每个三角形小翼3均与换热管1的管壁形成渐缩通道使高速流体冲击换热管1的壁面。

一方面三角小翼3呈辐射型布置，对流体进行导流使其流向管壁；另一方面三角形小翼的攻角依次错开一定角度，从而在两两三角小翼之间形成渐缩的流体通道对流体加速，使流体以较高的流速冲击壁面；三角小翼顶点离开换热管管壁一定距离，形成高速流体通道，从而使管壁上流体边界层减薄。三角形小翼3除尾涡区角度布置使主流区高速流体冲刷尾涡区，将尾涡区减至最小。同时由于三角小翼形状简单，尺寸较小，使得翅片阻力较小。

数值模拟结果表明，在关键参数(管排数、片间距、管间距等)相同的条件下，当入口风速为2m/s时，与常用的强化翅片波纹翅片相比，换热量增加6％-15％，压降增加5％左右。

目前使用的强化传热翅片有百叶窗翅片、开缝翅片等，由于条缝比较稠密，加工模具很复杂，而本发明的翅片表面复杂度降低，加工模具也较简单，可以按传统的加工程序，套片、胀管、焊接等，完成换热器的制作，所以该类换热器加工工艺简单、综合性能良好。另外本发明的强化元件完全由基片取材制作出来的，不需要额外的材料，也不会因制作强化元件去除基片材料，充分利用了原料，符合科技发展的趋势。