專利名稱：強化換熱翅片的制作方法
專利說明
一、技術(shù)領(lǐng)域本實用新型涉及一種換熱翅片，特別涉及一種應(yīng)用于制冷和空調(diào)設(shè)備的蒸發(fā)器和冷凝器以及空氣壓縮機中冷器中的換熱翅片。
二背景技術(shù)：
在制冷和空調(diào)中使用的蒸發(fā)器和冷凝器以及空氣壓縮機的中冷器中，制冷劑或冷卻介質(zhì)在管內(nèi)流動，空氣在管外流動，由于傳熱過程中的大部分熱阻都集中在空氣側(cè)，所以為了增強換熱，就在空氣側(cè)安裝翅片，以增大換熱面積，減小空氣側(cè)的熱阻。但是目前使用的平直翅片管中，由于沿著空氣流動的方向，空氣在翅片表面形成的邊界層會逐漸增厚，使速度和溫度梯度的協(xié)同性變差，從而會使傳熱性能下降。為了進一步提高翅片管換熱器的傳熱性能，采用了強化換熱性能更好的翅片，開縫翅片是其中一種比較有效的強化換熱方式。至今有許多文獻和專利對開縫翅片進行了研究。專利96113217.5在翅片表面設(shè)置了6排條片，各個條片彼此平行但是條片的形狀比較復(fù)雜，包括三種形狀，分別為矩形，平行四邊形和梯形，專利96113216.7中還使用了梯形的百葉窗式條片，并對梯形條片長邊和短邊的布置方向進行了要求。專利97117302.8在翅片表面提供了四種不同形式的切口方式，上述幾種方法盡管可以提高翅片的換熱性能，但是加工比較困難，而且流體流動阻力增加也十分明顯。由于平直開縫翅片加工比較簡單，所以得到廣泛的應(yīng)用。美國專利732903和文獻[1][文獻1Wang C C，Tao W H，Chang C J.Aninvestigation of the airside performance of the slit fin-and-tube heatexchangers.Int J ofRefrigeration，1999，22595-603.]給出了空調(diào)上使用的一種開縫翅片形式，但是這些翅片都是單向開縫，且將一定數(shù)目的縫組合在一起，布置在相鄰的管子之間的翅片上，沿著流體流動方向上也是均勻布置的。文獻[2][文獻2Du Y J，Wang C C.An experimental study of theairside performance of the superslit fin-and-tube heat exchangers.Int J Heatand Mass Transfer，2000，434475-4482，.]和文獻[3][文獻3Yun J Y，Lee K S.Influence of design parameters on the heat transfer and flow frictioncharacteristics of the heat exchanger with slit fins.Int J Heat and MassTransfer，2000，432529-2539.]提出了一些雙向開縫的翅片，但是也是均勻布置的。文獻[4][文獻4Kang H C，Kim M H.Effect of strip location on theair-side pressure drop and heat transfer in strip fin-and-tube heat exchanger.Int J Refrigeration，1998，22302-312.]則研究了兩種不均勻開縫翅片，一種是開縫全集中在翅片的前半部分，一種是開縫全集中在翅片的后半部分，這樣使得翅片的有些部分沒有得到強化。上述的開縫翅片，在強化換熱的時候，往往伴隨著更大的阻力的增加，使運行成本增加。場協(xié)同原理及在該原理的指導(dǎo)下利用數(shù)值計算方法進行強化表面的開發(fā)見文獻[5-10][文獻5Guo Z Y，Li D Y，Wang B X.A novel concept for convectiveheat transfer enhancement.Int J Heat Transfer，1998，412221-2225]，[文獻6Wang S，Li Z X，Guo Z Y.Novel concept and device of heat transferaugmentation.InProceedings of 11#International Conference of HeatTransfer，1998.Philadelphia.Taylor & Francis，5405-408.]，[文獻7Tao WQ，Guo Z Y，Wang B X.Field synergy principle for enhancing convective heattransfer-its extension and numerical verification.Int J Heat and Mass Transfer.2002，45(18)3849-3856.]，[文獻8Tao WQ，He YL，Wang QW，et al.Aunified analysis on enhancing single phase convective heat transfer with fieldsynergy principle.Int J Heat and Mass Transfer.2002，45(24)3871-4879.]，[文獻9陶文銓，何雅玲.場協(xié)同原理在強化對流換熱與脈管性能改進中的應(yīng)用(上)，西安交通大學(xué)學(xué)報，2002，36(11)1101-1105]，[文獻10何雅玲，陶文銓..場協(xié)同原理在強化對流換熱與脈管性能改進中的應(yīng)用(下)，西安交通大學(xué)學(xué)報，2002，36(11)1106-1110]。開縫如果比較少，它對流體的擾動和對空氣的流動邊界層的破壞就會比較小，場協(xié)同性改善不夠，不能有效地增強換熱。但是如果開縫比較多，在空氣的流通通道中，縫腿和條片比較多，阻礙了空氣的流動，使整個換熱器的阻力增加比較多，也不能滿足要求。
三
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種能夠增加空氣翅片管換熱器的傳熱、減小阻力，減小制冷和空調(diào)設(shè)備的蒸發(fā)器，冷凝器及中冷器的體積的強化換熱翅片。
為達到上述目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是包括基片和開設(shè)在基片上的突起的橋形條片，突起的橋形條片由與基片相連接的腿和矩形頂組成，其特點是以基片流動方向的中心為界，空氣流動上游各橋形條片的間距大于空氣流動下游各橋形條片的間距，即空氣流動上游的橋形條片的總數(shù)小于空氣流動下游橋形條片的總數(shù)。
本實用新型的另一特點是橋形條片的高度為套裝在換熱管的翅片間距的一半；橋形條片在基片上上下交替開設(shè)；沿空氣流動方向通過換熱管的中心線的橋形條片相互對稱。
本實用新型以基片流動方向的中心為界，空氣流動上游的橋形條片的間距大于空氣流動下游的橋形條片的間距，由于基片空氣流動上游處在入口段，換熱能力本身就比較強，所以橋形條片之間的間距比較大，在翅片的空氣流動下游，由于換熱能力比較弱，所以橋形條片之間的間距比較小，使空氣的邊界層得到有效的破壞，增強了換熱，采用本實用新型既能有效地增強換熱，又使整個翅片的阻力不至于增加太多。
四

圖1是本實用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖；圖3是圖1的B-B剖視圖；圖4是本實用新型與平片的換熱性能比較圖；圖5是本實用新型與平片的阻力性能比較圖；圖6是在消耗相同的泵功下本實用新型與平片換熱能力的比較圖。
五具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
參見圖1，2，3，本實用新型包括基片1和在基片1上上下交替開設(shè)的突起的橋形條片2，突起的橋形條片2由與基片1相連接的腿3和矩形頂4組成，以基片1流動方向的中心為界，空氣流動上游的橋形條片2的間距大于空氣流動下游的橋形條片2的間距，也就是空氣流動上游的橋形條片2的總數(shù)應(yīng)小于空氣流動下游橋形條片2的總數(shù)，沿空氣流動方向通過換熱管5的中心線的橋形條片2相互對稱，橋形條片2的高度為套裝在換熱管5的換熱翅片間距的一半。
本實用新型在強化傳熱的場協(xié)同理論的指導(dǎo)下對于翅片表面的開縫進行了優(yōu)化，使之和以往的翅片相比，在相同的換熱能力下，阻力比較小，或者在消耗相同的泵功的情況下，換熱能力比較大，即換熱增加的比例要大于阻力增加的比例。
發(fā)明人對平翅片的流動和傳熱進行數(shù)值模擬的結(jié)果表明在翅片空氣流動上游，速度場和溫度場的協(xié)同性比較好，速度和溫度梯度的夾角比較小，而在翅片空氣流動下游，速度場和溫度場的協(xié)同性比較差，即二者的夾角比較大。在此基礎(chǔ)上，對平片開縫后進行計算，發(fā)現(xiàn)開縫的存在可以明顯改變速度場和溫度場的協(xié)同情況，減小了開縫附近區(qū)域的夾角，增強了換熱。在綜合考慮換熱和阻力的情況下，本實用新型利用場協(xié)同原理對于開縫的布置進行了優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果表明，為了有效地提高翅片的傳熱性能，應(yīng)該在翅片空氣流動下游，即在速度場和溫度場協(xié)同情況比較差的地方開較多的縫，這就是本實用新型在翅片表面采用前疏后密的開縫方式的原因。
通過數(shù)值計算所得到的結(jié)論，與傳統(tǒng)的強化傳熱理論是完全一致的。在翅片表面采用了前疏后密的開縫方式，翅片空氣流動上游處在入口段，換熱本身就比較強，所以開縫之間的間距比較大。在翅片空氣流動下游，由于換熱能力比較弱，所以開縫之間的間距比較小，使空氣的邊界層得到有效地破壞，增強了換熱。采用本實用新型既能有效地增強換熱，又使整個翅片的阻力不至于增加太多。
本實用新型和平片相比，這種開縫翅片換熱增加的比例要高于阻力增加的比例，綜合性能高于其它的強化翅片表面，且整個換熱器的體積可以縮小1/3左右，在不增加運行成本的情況下，節(jié)省了投資。
圖4是本實用新型和平片的換熱性能的比較圖，橫坐標(biāo)是Re數(shù)，縱坐標(biāo)是j因子數(shù)。由此可以看出，在不同的速度，即不同的Re數(shù)下，本實用新型的換熱能力高出平片60％～100％。
圖5是本實用新型和平片的阻力性能的比較圖，橫坐標(biāo)是Re數(shù)，縱坐標(biāo)是阻力系數(shù)f。由此可以看出，在不同的速度，即不同的Re數(shù)下，本實用新型的阻力比平片高出40％左右。
圖6是在消耗不同的泵功下本實用新型和平片換熱能力的比較圖，橫坐標(biāo)fRe3代表了所消耗的泵功，是NU數(shù)，縱坐標(biāo)是Nu數(shù)。在所考察的范圍內(nèi)，在相同泵功下，本實用新型的換熱能力高出平片55％～80％，證明了此種開縫翅片性能的優(yōu)越。
通過以上的分析可知本實用新型換熱增加的比例大大高于阻力增加的比例，使用本實用新型的換熱器可以節(jié)省1/3的材料。
權(quán)利要求1.一種強化換熱翅片，包括基片[1]和開設(shè)在基片[1]上的突起的橋形條片[2]，突起的橋形條片[2]由與基片[1]相連接的腿[3]和矩形頂[4]組成，其特征在于以基片[1]流動方向的中心為界，空氣流動上游各橋形條片[2]的間距大于空氣流動下游各橋形條片[2]的間距，即空氣流動上游的橋形條片[2]的總數(shù)小于空氣流動下游橋形條片[2]的總數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強化換熱翅片，其特征在于所說的橋形條片[2]的高度為套裝在換熱管[5]的翅片間距的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強化換熱翅片，其特征在于所說的橋形條片[2]在基片[1]上上下交替開設(shè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強化換熱翅片，其特征在于所說的沿空氣流動方向通過換熱管[5]的中心線的橋形條片[2]相互對稱。
專利摘要一種強化換熱翅片，該翅片用于制冷和空調(diào)設(shè)備的蒸發(fā)器和冷凝器，以及空氣壓縮機的中間冷卻器中。本實用新型包括基片和開設(shè)在基片上的突起的橋形條片，突起的橋形條片由與基片相連接的腿和矩形頂組成，以基片流動方向的中心為界，空氣流動上游各橋形條片的間距大于空氣流動下游各橋形條片的間距。當(dāng)流體流過的時候，在橋形條片的位置，流體在翅片表面的邊界層會被破壞掉，并且流體的擾動也會增加，使流體速度與溫度梯度的協(xié)同程度改善，所以增強了換熱，同時由于橋形條片的位置選擇恰當(dāng)，流體阻力增加不多，因而大大提高了翅片管換熱器的傳熱性能，從而減小換熱設(shè)備的體積，降低了產(chǎn)品成本。
文檔編號F28F3/04GK2624158SQ0321896
公開日2004年7月7日 申請日期2003年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月26日
發(fā)明者陶文銓, 屈治國, 程永攀, 何雅玲 申請人:西安交通大學(xué)