專利名稱：混沌翅片及包括該翅片的板翅式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱交換設(shè)備，具體地說是利用混沌原理強(qiáng)化傳熱進(jìn)行熱交換的混沌翅片及包括該翅片的換熱器。
背景技術(shù)：
板翅式換熱器是一種緊湊式的高效換熱器，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、傳熱效率高等特點(diǎn)，廣泛地用于石油化工、空氣分離、低溫工程、船舶、車輛及原子能等行業(yè)。雖然板翅式換熱器有很多突出的優(yōu)點(diǎn)，但隨著技術(shù)的發(fā)展和使用要求的不斷提高，依然存在有很多問題由于流道的狹窄，很多工作條件下流動(dòng)呈層流流動(dòng)，降低了傳熱效率；狹窄流道易引起堵塞等；雖然有些“寬縫”(wide-gap)流道設(shè)計(jì)(亦稱自由流動(dòng)的板式換熱器)，但是較寬的流道引起傳熱效率的下降。因此如何提高板翅式換熱器的傳熱效率，降低換熱器體積，減小流道堵塞等問題，一直是各方技術(shù)人員研究的重點(diǎn)。2003年12月出版的撫順石油學(xué)院學(xué)報(bào)第23卷第四期發(fā)表的“錯(cuò)位翅片板翅式換熱器傳熱研究”得出了錯(cuò)位翅片的相錯(cuò)排列致使流體在一個(gè)翅片上的邊界層還未完全發(fā)展就被錯(cuò)位的翅片破壞，從而增強(qiáng)了流體的湍流能力，因此具備傳熱效率高、體積小、節(jié)約材料等優(yōu)點(diǎn)，但文章同時(shí)坦誠了存在著摩擦因子高、壓降大等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是針對(duì)層流傳熱的傳熱效率低、湍流傳熱的壓降大等不足而提供一種利用混沌熱交換方法進(jìn)行熱交換的板翅式換熱器的混沌翅片及由這些翅片構(gòu)成的板翅式換熱器。
一種混沌翅片，包括至少一個(gè)翅片單元，其特征在于一個(gè)翅片單元由若干單位的直流段、過渡段和扭曲直流段構(gòu)成，任一單位的直流段與扭曲直流段幾何外形相同，繞過渡段中心垂直于底面的軸線呈軸對(duì)稱，直流段與扭曲直流段的截面呈幾何形狀，該幾何形狀保證了流體在截面上的二維變化，且具有第三軸向的扭曲變化。
所述的翅片單元由至少兩個(gè)單位相互連接的直流段、過渡段和扭曲直流段橫向和縱向相互連接而成。
所述的直流段和扭曲直流段截面幾何形狀為類三角形、梯形、類半圓形、橢圓形、半菱形等及其它不規(guī)則形狀。
一種板翅式換熱器，包括封條、隔板和翅片，其特征在于所述的翅片為混沌翅片，該混沌翅片由多個(gè)翅片單元連接而成。
所述的翅片單元由若干單位相互連接的直流段、過渡段和扭曲直流段構(gòu)成，任一單位的直流段與扭曲直流段幾何外形相同，繞過渡段中心垂直于底面的軸線呈軸對(duì)稱，直流段與扭曲直流段的截面呈幾何形狀，該何形狀保證了流體在截面上的二維變化，且具有第三軸向的扭曲變化。
所述的翅片單元由至少兩個(gè)單位直流段、過渡段和扭曲直流段橫向和縱向相互連接而成。
所述的直流段和扭曲直流段截面幾何形狀為類三角形、梯形、類半圓形、橢圓形、半菱形等及其它不規(guī)則形狀。
本發(fā)明所能達(dá)到的有益效果是1、本發(fā)明構(gòu)思巧妙、加工簡(jiǎn)單，利用混沌原理進(jìn)行熱交換，與層流相比具備更好的傳熱效果，與湍流相比具備更低的流動(dòng)壓降。
2、本發(fā)明流體在流道的流動(dòng)狀況好于現(xiàn)有流道，流動(dòng)死區(qū)小，幾乎可以忽略，而且混合情況遠(yuǎn)好于現(xiàn)有翅片形成的流道。
3、本發(fā)明具備更大的傳熱面積，傳熱面積較其他翅片可以增大15～50％，可以更有效地提高換熱器緊湊度，減小換熱器體積，同時(shí)也有利于施焊。
4、本發(fā)明材質(zhì)選用與普通翅片相同且設(shè)計(jì)有一定的錐度，不增加制造成本，加工翅片時(shí)更方便于脫模。


圖1為本發(fā)明直流段和扭曲直流段為類三角形的混沌翅片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明直流段和扭曲直流段截面為直邊橢圓形和類三角形的翅片單元結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明截面為三角形一個(gè)單位的直流段、過渡段和扭曲直流段結(jié)構(gòu)三視圖。
圖4為本發(fā)明產(chǎn)生混沌的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述如圖1、圖2、圖3所示，圖1所示的混沌翅片由五個(gè)翅片單元橫向整體壓接而成，該直流段1和扭曲直流段3截面為三角形的翅片單元由三個(gè)單位的直流段1、扭曲直流段3和過渡段2構(gòu)成，每個(gè)單位的直流段1、扭曲直流段3和過渡段2的主視圖、左視圖、俯視圖和立體示意圖如圖3(A、B、C、D)所示，任一單位的相鄰的直流段1與扭曲直流段3幾何外形相同，繞過渡段2中心垂直于底面的軸線呈軸對(duì)稱，這樣就保證了流體在截面上的二維變化，且具有第三軸向的扭曲變化。按照混沌產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)原則，保證流道內(nèi)流體在二維方向上產(chǎn)生環(huán)流，第三維方向產(chǎn)生周期扭曲就可能產(chǎn)生混沌，從而強(qiáng)化傳熱。如圖4所示，在X-Y坐標(biāo)面上，流通面S1由于流道的形狀的變化，流動(dòng)將在X-Y面發(fā)生變化，產(chǎn)生二次環(huán)流，流過一定的長度Z0后，流道形狀方式和前面一個(gè)截面相對(duì)稱的變化，流體在過渡段2流道內(nèi)發(fā)生扭曲，從而發(fā)生了基于Z軸的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，周而復(fù)始，將會(huì)產(chǎn)生混沌流，從而強(qiáng)化傳熱。而這種基于二維的流道變化，不限于上述圖示的類三角形截面變化(如圖2B所示)，如圖2A所示的直流段1和扭曲直流段3截面就是直角橢圓形，本發(fā)明保護(hù)的范圍不限于圖中所示的截面，還包括諸如三角形、梯形、半圓形、橢圓形、半菱形等等規(guī)則截面形狀及其它能夠產(chǎn)生二次環(huán)流的不規(guī)則截面形狀變化?；煦绯崞没煦绗F(xiàn)象來強(qiáng)化傳熱，可以有效的克服目前板翅式換熱器采用層流或湍流原理制成的普通翅片存在的問題?；煦绯崞匀挥杀′摪?、或者不銹鋼板、或者銅、鋁等有色金屬扎制而成，與普通翅片生產(chǎn)相似，不增加制造成本，具有加工簡(jiǎn)單、焊接方便、傳熱效率高、降低流道堵塞、進(jìn)一步提高傳熱面積、有效減小換熱器體積等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種板翅式換熱器。
由混沌翅片構(gòu)成的板翅式換熱器，采用和現(xiàn)有板翅式換熱器基本結(jié)構(gòu)相同，在兩塊平行隔板之間設(shè)置混沌翅片，在其兩側(cè)邊緣以封條密封而組成單元體，對(duì)各單元體進(jìn)行不同的組合和適當(dāng)?shù)呐帕?，并用釬焊(對(duì)非金屬材料用膠接)焊牢，組成板束，把若干板束按需要組裝在一起，便構(gòu)成了由混沌翅片構(gòu)成的板翅式換熱器，因此具備了混沌翅片的所有技術(shù)效果。
權(quán)利要求
1.一種混沌翅片，包括至少一個(gè)翅片單元，其特征在于一個(gè)翅片單元由若干單位的直流段(1)、過渡段(2)和扭曲直流段(3)構(gòu)成，任一單位的直流段(1)與扭曲直流段(3)幾何外形相同，繞過渡段(1)中心垂直于底面的軸線呈軸對(duì)稱，直流段(1)與扭曲直流段(3)的截面呈幾何形狀，該幾何形狀保證了流體在截面上的二維變化，且具有第三軸向的扭曲變化。
2.如權(quán)利要求1所述的混沌翅片，其特征在于翅片單元由至少兩個(gè)單位相互連接的直流段(1)、過渡段(2)和扭曲直流段(3)橫向或縱向相互連接而成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的混沌翅片，其特征在于直流段(1)和扭曲直流段(3)截面幾何形狀為類三角形、梯形、類半圓形、橢圓形、半菱形。
4.一種板翅式換熱器，包括封條、隔板和翅片，其特征在于所述的翅片為混沌翅片，該混沌翅片由多個(gè)翅片單元橫向或縱向連接而成。
5.如權(quán)利要求4所述的混沌翅片，其特征在于翅片單元由若干單位的直流段(1)、過渡段(2)和扭曲直流段(3)構(gòu)成，任一單位的直流段(1)與扭曲直流段(3)幾何外形相同，繞過渡段(1)中心垂直于底面的軸線呈軸對(duì)稱，直流段(1)與扭曲直流段(3)的截面呈幾何形狀，該幾何形狀保證了流體在截面上的二維變化，且具有第三軸向的扭曲變化。
6.如權(quán)利要求5所述的混沌翅片，其特征在于翅片單元由至少兩個(gè)單位相互連接的直流段(1)、過渡段(2)和扭曲直流段(3)橫向或縱向相互連接而成。
7.如權(quán)利要求4或5所述的混沌翅片，其特征在于直流段(1)和扭曲直流段(3)截面幾何形狀為類三角形、梯形、類半圓形、橢圓形、半菱形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混沌翅片，包括至少一個(gè)翅片單元，每個(gè)翅片單元由若干單位的直流段、過渡段和扭曲直流段構(gòu)成，任一單位的直流段與扭曲直流段幾何外形相同，繞過渡段中心垂直于底面的軸線呈軸對(duì)稱，直流段與扭曲直流段的截面呈幾何形狀，該幾何形狀保證了流體在截面上的二維變化，且具有第三軸向的扭曲變化。本發(fā)明還公開板翅式換熱器，包括封條、隔板和翅片，翅片采用混沌翅片，混沌翅片由多個(gè)翅片單元橫向或縱向連接而成。本發(fā)明構(gòu)思巧妙、加工簡(jiǎn)單，利用混沌原理進(jìn)行熱交換，與層流相比具備更好的傳熱效果，與湍流相比具備低的流動(dòng)壓降。流體在流道的流動(dòng)狀況好于現(xiàn)有流道，流動(dòng)死區(qū)小，且具備良好的混合效率，流道被堵塞的可能性大為降低。
文檔編號(hào)F28F13/12GK1963372SQ20061012828
公開日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月27日
發(fā)明者董其伍, 劉敏珊, 孔松濤 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)