[发明专利]一种环形通道内螺旋列管式气‑气换热器

说明书

技术领域

本发明涉及气-气换热器领域，具体为一种环形通道内螺旋列管式气-气换热器。

背景技术

风道广泛存在于各个工程领域，如航空、航天、船舶、车辆、核技术领域等。对于各个不同领域，风道具有不同的形式，比较常见的有方形、圆形、环形。对于一些复杂尖端领域，如空天预冷发动机外涵道，空气流速往往会达到跨音速或超音速，这时，换热器的传热设计和结构设计必须同时满足空气动力性能和热力性能的要求。环形风道常见于航空发动机和空天预冷发动机外涵道，这时，换热器除需满足流动与阻力特性外，还必须具备耐高温耐高压等特点。用于环形风道的气-气换热器有蛇形管换热器、板翅式换热器和原表面换热器。蛇形管换热器管内流程长，流道数目少，管内流阻高，且在流动布置上为顺流换热器，温差修正系数小，换热效果差。板翅式换热器和原表面换热器相比蛇管换热器而言结构紧凑，但耐压性和热膨胀自适应性差，密封性不好，适用温度和压力范围有限。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种低流阻，高换热，耐压性好环形通道内螺旋列管式气-气换热器。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种环形通道内螺旋列管式气-气换热器，包括若干沿环形通道周向均匀设置在环形通道内的换热单元；

环形管道内冷气流沿轴向运动，所述的换热单元包括分别沿冷气流流向布置的热气流流入集气管和热气流流出集气管，以及两端分别与热气流流出集气管和热气流流入集气管连通的若干螺旋换热管；

螺旋换热管沿冷气流流向依次排列分布形成换热管束；

热气流流出集气管的出口和热气流流入集气管入口位于换热单元的同一端，且均穿过环形通道的内壁或外壁设置，换热单元的另一端为自由端。

优选的，螺旋换热管在迎风面内呈弧形设置。

优选的，换热单元自由端与相邻的内壁或外壁呈间隙设置。

优选的，螺旋换热管沿冷气流流向依次分布，相邻螺旋换热管的轴向间距与螺旋换热管的螺距相同。

优选的，热气流流入集气管和热气流流出集气管分别采用横截面为圆形的集气管。

优选的，螺旋换热管管外径为2mm～4mm。

优选的，螺旋换热管管内径为1.4mm～3.4mm。

优选的，螺旋换热管采用最低耐受温度为500℃，最低耐受压力为3MPa的镍铬合金管制成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明采用若干螺旋换热管装配成换热束，通过分别设置在两端的热气流流出集气管和热气流流入集气管从而增加了热流体流道数目，使得管内流阻大幅降低；换热器集气管位于距离风道上下表面较近的位置，降低了集气部件对风道带来的阻力损失；采用管径不超过4mm的细换热管，可进一步增加换热器的紧凑度，冷热流动布置为交叉流，提高了换热效果，同时降低管外阻力；相比其他型式管式换热器而言，螺旋列管式换热器可通过改变螺距和螺旋次数灵活调整热端入口数量，设计方法更为灵活；管式的换热设置相比板翅式和原表面式换热器而言，具有更好的耐压性和密封性，在高温条件下，管式换热器还具有良好的热膨胀自适应性，这就保证了换热器在高温高压条件下使用时的耐久性；可根据不同的换热需求，调整换热单元的数量，以及管束内换热管的数量，适应范围广。

进一步的，换热管呈弧形设置，通过对弯曲弧度的调整能够根据单元总换热面积的不同改变换热管长度。当所需单元换热器面积较大时，增加弯曲弧度同时增加换热管长度；当所需单元换热面积较小时，减小弯曲弧度同时减小换热管长度。

进一步的，换热单元自由端的间隙设置使其具备良好热膨胀自适应性。换热器自由端即热流体出口集气管及附近连接部位。当温度升高时，换热管由于热膨胀性而增长。为了保证换热单元具有足够的自由端空间，可适当增加换热管弯曲弧度。

进一步的，换热管管束能够按不同的换热要求和流动阻力损失要求灵活设计单个换热管的螺距及螺旋次数，根据换热管尺寸灵活设计集气管尺寸。

进一步的，通过对换热管管径的限定，在采用更细的换热管在降低管外阻力的同时，提高了换热器紧凑度，使得换热器整体换热能力得到了明显提升。另外，换热器总装机重量在一定程度上也得到了降低。

附图说明

图1为本发明实例中所述的结构示意图。

图2a和图2b分别为本发明实例中所述的不同管径换热单元结构示意图。

图3为图1的纵剖面流动示意图。

图中：热气流流入集气管1，螺旋型换热管2，热气流流出集气管3。

具体实施方式