[发明专利]一种换热器的复合波纹板片

说明书

技术领域

本发明涉及一种换热器的复合波纹板片。

背景技术

目前，传统斜波纹板式换热器内特殊的流动形态强化了流体和传热壁面之间的换热，同时也不可避免地造成流动阻力增加较多的负面效果，因此，有必要对传统斜波纹板片形式进行改进，使传热效果和流动阻力能良好匹配。

发明内容

针对上述现有技术，基于斜波纹板式换热器中的流动阻力主要来自相对两片板片沟槽内流体不断交汇和相互拖曳作用的认识，本发明提供了一种换热器的复合波纹板片。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种换热器的复合波纹板片，板片的波纹是由两个方向的圆弧形波纹叠加而成，该两个方向的圆弧形波纹分别为：与主流方向垂直的横波，与横波成30～70°角度的纵波。

所述横波的波高与波距分别为2～4mm和18～30mm，纵波的波高与波距分别为2～4mm和12～20mm。

所述与主流方向垂直的横波纹形成流体流动的基本通道。

所述纵波起到不断改变流体流动方向和在一定程度上使流体产生横向混合的作用。

复合波纹曲面在造型上可以以纵波为轮廓、沿横波波形形成的路径扫描而成，所以复合波纹曲面的几何特征是由横波和纵波两组波纹几何特征的叠加决定的。其具体造型过程为：1)先建立横波平面和纵波平面，横波平面垂直于主流方向，纵波平面与主流方向呈纵波倾角夹角的余角.2)在横波平面上建立横波的几何特征，即横波波高和横波波距。3)按建立横波的相同方法在纵波平面上建立纵波的几何特征，即纵波波高和纵波波距。4)建立完毕的横波轮廓、纵波轮廓和主流方向的空间位置关系。在三维设计造型软件中将纵波定义成轮廓、横波定义成路径，使用轮廓沿路径扫描的方式生成曲面。

完成复合波纹曲面造型的基础上，可以设计模具进行换热板片的冲压成形加工。以上设计得到能使板片形成波纹区域的上模和下模芯部波纹造型后，将其输入数控机床加工程序，可在数控铣床上进行模具曲面的加工。

本发明是在人字形板片的换热和流动规律分析研究的基础上提出的一种全新的网流型复合波纹换热板片，板片的波纹由两个方向的圆弧形波纹叠加而成，与主流方向垂直的波纹称作横波形成流体流动的基本通道，另一个方向的波纹与之成一定角度，起到不断改变流体流动方向和在一定程度上使流体产生横向混合的作用，称为纵波。流体通道呈波浪状流线型结构，能在很大程度上减小流动阻力，流动中不会发生明显的影响流体流动的相互拖曳作用，从而避免较大阻力的产生。在复合波纹板形成的流动通道中，两条波纹叠加的效果使流体的流动形成幅度不大但频繁的类似收缩扩张的方向改变，实现了流动方向和传热壁面有较大夹角的流动，增强了换热效果。同时由于曲面通道的作用，流体产生的漩涡引发了垂直于传热壁面方向流体的运动，可导致流体的热边界层减薄和温度梯度相应增大，使壁面附近流体和固体壁面之间传热温差增大，从而进一步使换热强化。

附图说明

图1为横波平面、纵波平面和主流方向的相对角度示意图。

图2为横波的几何特征示意图。

图3为纵波的几何特征示意图。

图4为横波、纵波的空间位置关系示意图。

图5为本发明的复合波纹板面示意图。

图6为复合波纹板片间流场的物理模型示意图。

图7为板片间不同接触方式可获得的两种不同大小流通截面积的流体通道组合形式，其中，图7A为大截面积流体通道，图7B为小截面积流体通道。

图8为人字形板片和复合波纹板片的换热效果比较示意图。

图9为人字形板片和复合波纹板片的阻力损失比较示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

一种换热器的复合波纹板片，板片的波纹是由两个方向的圆弧形波纹叠加而成，该两个方向的圆弧形波纹分别为：与主流方向垂直的横波，与横波成30～70°的纵波。

所述横波的波高与波距分别为2～4mm和18～30mm，纵波的波高与波距分别为2～4mm和12～20mm。

复合波纹曲面在造型上可以以纵波为轮廓、沿横波波形形成的路径扫描而成，所以复合波纹曲面的几何特征是由横波和纵波两组波纹几何特征的叠加决定的。其具体造型过程为：

1)先建立横波平面和纵波平面，横波平面垂直于主流方向，纵波平面与主流方向呈(90-β)夹角，β为30～70°，优选60°，如图1所示。