[发明专利]一种基于仿生分形结构的微通道换热器芯体

说明书

一种基于仿生分形结构的微通道换热器芯体，由若干高温介质板片、若干低温介质板片以及若干端板沿板厚方向堆叠布置组合而成，所述高温介质板片、低温介质板片和端板为长、宽相等的金属板片，所述高温介质板片和低温介质板片上表面均设置有仿生分形结构微通道。本发明流动阻力低、温度分布均匀、传热能力强。

技术领域

本发明涉及换热装置技术领域，特别涉及一种基于仿生分形结构的微通道换热器芯体。

背景技术

微通道换热器通常指通道当量直径在3mm以内的热交换器。该种换热器具有结构紧凑、传热效率高、质量轻、热惰性小等特点，已在海洋平台、核反应堆、航空航天、微电子、医疗、化学生物工程、材料科学等诸多领域得到了应用。但是常规的平行直流道式微通道换热器存在压损大、温度分布不均匀等问题，会对设备的性能和寿命产生不良影响。

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种基于仿生分形结构的微通道换热器芯体，该换热器芯体具有流动阻力低、温度分布均匀、传热能力强的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于仿生分形结构的微通道换热器芯体，由若干高温介质板片1、若干低温介质板片2以及若干端板7沿板厚方向堆叠布置组合而成，所述高温介质板片1、低温介质板片2和端板7为长、宽相等的金属板片；

所述高温介质板片1的上表面设置有高温介质流道3和高温介质导流段4；所述高温介质流道3位于高温介质板片1上表面中部，高温介质导流段4位于高温介质流道3两端，高温介质流道3由若干条仿生分形微通道等间距并列组成；

所述低温介质板片2的上表面设置有低温介质流道5和低温介质导流段6；所述低温介质流道5位于低温介质板片2上表面中部，低温介质导流段6位于低温介质流道5两端，低温介质流道5由若干条仿生分形微通道等间距并列组成。

所述高温介质流道3上的仿生分形微通道当量直径大小不超过3mm，仿生分形微通道总长度和数量由流动传热计算确定，仿生分形微通道间距由强度计算确定。

所述高温介质流道3上的仿生分形微通道采用两分支对称式分形网络结构，共包含N(分形级数，1≤N≤6)级管路，从0级管路开始各级管路依次首尾相连，介质由第0级管路流入由第N级管路流出，各偶数级管路均为单管结构且相互平行，各奇数级管路均为两分支对称结构。

所述两个对称分支间的夹角为0α_i≤90°(分形角度，i＝0，1，2)，各偶数级管路与下一级奇数级管路交接处为“Y”形接口，各级管路的当量直径d_j和长度A_j符合分形结构的自相似性原则：

其中：j表示管路级数，比例系数0.6≤γ，δ≤0.9。

所述高温介质导流段4位于板片1上表面的端部，高温介质导流段4包括板片两端的两个梯形凹槽，两个梯形凹槽分别从板片两端向板片中部延伸至与高温介质流道3的两端相接，梯形凹槽深度与高温介质流道3的深度相等，梯形凹槽下底长与高温介质流道3的宽度相等。

所述低温介质流道5上的仿生分形微通道当量直径大小不超过3mm，仿生分形微通道总长度和数量由流动传热计算确定，仿生分形微通道间距由强度计算确定。

所述低温介质流道5上的仿生分形微通道采用两分支对称式分形网络结构，共包含n(分形级数，1≤n≤6)级管路，从0级管路开始各级管路依次首尾相连，介质由第0级管路流入由第n级管路流出，各偶数级管路均为单管结构且相互平行，各奇数级管路均为两分支对称结构。