專利名稱：階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于空冷器、空氣壓縮機(jī)中冷器以及制冷和空調(diào)設(shè) 備的蒸發(fā)器和冷凝器中的階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片。
背景技術(shù)：
在增壓空冷器、空氣壓縮機(jī)中冷器以及制冷和空調(diào)設(shè)備的蒸發(fā)器和冷 凝器中。冷卻水或制冷劑在管內(nèi)流動，空氣則從管外翅片間的通道內(nèi)流過, 并通過翅片和管壁與管內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)行熱交換。研究發(fā)現(xiàn)，管內(nèi)熱阻與銅管
翅片的接觸熱阻及管外空氣側(cè)的熱阻比為2丄.7(劉衛(wèi)華.百葉窗型和波形 管片式換熱器性能實(shí)驗(yàn)研究[J].石油化工高等學(xué)校學(xué)報，1996,9(2): 49-53.)可見為了強(qiáng)化換熱，主要精力都集中在減小空氣側(cè)的熱阻。即要 研究各種類型的強(qiáng)化換熱翅片。
通常采用的翅片有平直翅片、波紋翅片和開縫翅片等。平直翅片在上 世紀(jì)80年代得到了廣泛的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)簡單，適用于環(huán)境惡劣，易腐蝕 的條件下，不過，其換熱能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)今對高效換熱器的要求。 波紋翅片是由在翅片上沿著流動方向壓制出波紋而形成的，由于不斷改變 流動方向而產(chǎn)生二次流及邊界層分離而使傳熱效果得以增強(qiáng)。但由于其加 工比較復(fù)雜，也逐漸退出了競爭。開縫翅片在沿著流動方向上翅片已經(jīng)不 是連續(xù)的，而是沖有一定的條片。由于開縫增加了流體的擾動，破壞了翅 片附近的流動邊界層，從而增強(qiáng)了換熱器的換熱性能。開縫翅片由于其換 熱性能優(yōu)異，加工簡單而逐漸成為了目前研發(fā)的重點(diǎn)。至今有很多文獻(xiàn)和
專利對開縫翅片進(jìn)行了研究。專利200410093782.4使用了百葉窗式的開縫 條片，并要求所有的開縫條片的扭轉(zhuǎn)角度相同。專利200510059111.0給出 了七種優(yōu)選方案，開縫條形狀包括矩形，梯形和平行四邊形。每一組優(yōu)選 方案都預(yù)先規(guī)定好了布置位置。(J Y YUN， K S LEE. Influence of design parameters on the heat transfer and flow friction characteristics of the heat exchanger with slit fins [J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2000, 43(14): 2529-2539.)提出了一種雙向交替開縫的翅片。以上幾種 翅片開縫方案盡管提高了換熱性能，但是都伴隨著流體阻力明顯的提高， 并且加工比較困難。專利03108079.0提出了一種前疏后密的非均勻的布置 形式。盡管如果設(shè)計(jì)合理，該翅片結(jié)構(gòu)在增加換熱的間時，可以避免阻力 的大幅度提高。但是，由于其"非均勻"的開縫布置形式，需要對不同管 排數(shù)的換熱器進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)，制作不同的模具，增加了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的成 本。同時，只有設(shè)計(jì)合理的"非均勻"開縫布置形式才能達(dá)到預(yù)期的要求， 否則，很可能適得其反。這對設(shè)計(jì)人員的要求也大大提高了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單，無須進(jìn)行再設(shè)計(jì)，易于加工， 且能夠明顯提高翅片管換熱器空氣測的換熱性能，減小空冷器、空氣壓縮 機(jī)中冷器以及制冷和空調(diào)設(shè)備的蒸發(fā)器和冷凝器的體積，節(jié)約管材的階梯 碟形強(qiáng)化傳熱翅片。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是包括換熱管以及套裝 在換熱管上的基片，基片上開設(shè)有若干排橋形狹縫條，該橋形狹縫條沿空 氣流動方向通過換熱管的中心線呈碟形對稱布置，每一塊橋形狹縫條具有 一突出段，突出段有垂直于氣流方向的開口部分，突出段的兩側(cè)有與基片
相連接的圓弧形直立段，且各排突出段的高度呈階梯形布置。
本發(fā)明的橋形狹縫條的突出段在基片的表面沿同一方向突出；在一個 換熱單元中，每一排內(nèi)的橋形狹縫條突出段的高度相同，相鄰兩排間的突 出段的高度成高低起伏的階梯形；呈階梯形布置的橋形狹縫條的空出段的 最高高度為套裝在換熱管的相鄰兩換熱翅片間距的2/3，最低的橋形狹縫 條的突出段的高度為套裝在換熱管的相鄰兩換熱翅片間距的1/3;基片上 開設(shè)有五排橋形狹縫條，其中第一排和第五排由三個橋形狹縫條組成，第 二排和第四排由兩個橋形狹縫條組成，第三排為一個長的橋形狹縫條，且 第一、第五排，第三、第四排橋形狹縫條沿?fù)Q熱管的中心連線對稱布置； 橋形狹縫條的突出段采用先高后低的波型階梯布置、先低后高的波型階梯 布置、先上后下的峰型階梯布置、由高到低的下降階梯布置或由低到高的 上升階梯布置。
本發(fā)明對換熱單元采用呈碟形的橋形狹縫條布置，碟形的布置使得在 增強(qiáng)換熱的同時，阻力不會增加很多，而階梯形的布置更是大大的增加了 流體的摻混，強(qiáng)化了傳熱，用戶可根據(jù)對傳熱和阻力的不同要求選定階梯 布置的方式，從而確定一個換熱單元的布置形式，而每一個換熱單元的布 置形式均相同，用戶只需根據(jù)自己的實(shí)際需求，確定需要多少個換熱單元, 無須再進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，因而可以大大減少設(shè)計(jì)和制造成本。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1的A-A剖視圖(本發(fā)明五種階梯形布置的第一種)； 圖3是圖1的A-A剖視圖(本發(fā)明五種階梯形布置的第二種)； 圖4是圖1的A-A剖視圖(本發(fā)明五種階梯形布置的第三種)；
圖5是圖1的A-A剖視圖(本發(fā)明五種階梯形布置的第四種)； 圖6是圖1的A-A剖視圖(本發(fā)明五種階梯形布置的第五種)； 圖7是圖1的B-B剖視圖8是在消耗相同的泵功下本發(fā)明和平片換熱器的比較圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參見圖1，圖7，本發(fā)明包括換熱管4以及套裝在換熱管4上的基片1， 以及設(shè)置于基片1上的若干橋形狹縫條(ll、 12、 13、 21、……51、 52、 53)。每一塊狹縫條具有一突出段2，突出段2有垂直于氣流方向的開口部 分，以及一對與基片相連接的圓弧形直立段3,形成在突出段的兩側(cè)，用 于引導(dǎo)氣流的方向。如圖1所示，在一個換熱單元中，氣流在各個橋形狹 縫條兩側(cè)的圓弧形直立段的引導(dǎo)下沿預(yù)定的方向流過換熱翅片，并未受到 強(qiáng)烈的阻擋，因而阻力不會增加很多。各狹縫沿流動方向五排為一個換熱 單元，沿空氣流動方向通過換熱管4的中心線的橋形狹縫條對稱布置。如 圖1所示，在一個換熱單元中，ll個橋形狹縫條對稱布置，形狀類似一只 蝴蝶。故稱為碟形布置。其中第一排(11、 12、 13)和第五排(51、 52、 53)為三個狹縫條，沿兩個管子的中心連線對稱布置。第二排(21、 22) 和第四排(41、 42)為兩個狹縫條，沿兩個管子的中心線對稱布置。第三 排(31)為一個長的狹縫條。橋形狹縫條的突出段從每一冷卻翅片的表面 沿同一方向突出。在一個換熱單元中，每一排內(nèi)的橋形狹縫條突出高度相 同，而相鄰兩排的突出高度并不相同，而是成高低起伏的階梯形，故稱為 階梯型布置。由于階梯型的布置，使得流體摻混更加劇烈，從而達(dá)到了強(qiáng) 化傳熱的目的。本發(fā)明給出了五種階梯形優(yōu)選方案，主要區(qū)別在于一個換
熱單元內(nèi)五排狹縫條不同的突出高度組合，如圖2—圖6所示。其中圖2 所示為先高后低的波型階梯布置；圖3所示為先低后高的波型階梯布置； 圖4所示為先上后下的峰型階梯布置；圖5所示為由高到低的下降階梯布 置；圖6所示為由低到高的上升階梯布置。五種布置中最高的狹縫突出高 度為套裝在換熱管4的換熱翅片間距的2/3,最低的狹縫突出高度為翅片 間距的1/3。在實(shí)際應(yīng)用中，五種階梯布置可根據(jù)需求任選一種，其中前 三種(圖2 —圖4)的性能差異不大，都具有較好的綜合性能，即可以明 顯的改善傳熱性能的同時阻力增加的不多，第四種(圖5)可以更大幅度 的提高換熱性能，但其阻力增加比較多，可用于對換熱要求高，而對阻力 要求不高的場合。第五種(圖6)也可以明顯的改善換熱性能，但換熱性 能提高沒有前四種大，但其阻力較前四種更小，可用在對阻力要求比較苛 刻的場合。
發(fā)明人對上述五種階梯碟形換熱翅片均進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表 明在不同的風(fēng)速下，本發(fā)明的換熱能力比平片高出100%_150%,較一般 的開縫翅片高出20%—30%。本發(fā)明的阻力較平片高出50%左右，較一 般的開縫翅片高出10%左右。即本發(fā)明換熱增加的比^要高于阻力增加的 比例。綜合性能優(yōu)于其它的開縫翅片強(qiáng)化表面。圖8給出了在消耗相同泵 功下本發(fā)明和平片換熱器換熱能力的比較。從圖中可以看出本發(fā)明和平片 換熱器在消耗相同的泵功下，換熱能力高出平片70% — 130%。
通過以上的分析可以看出，本發(fā)明換熱器的綜合性能有很大的提升， 使用本發(fā)明的換熱器不僅可以減少初期材料的投資，同時可以減少后期設(shè) 計(jì)、制造、運(yùn)行和維護(hù)的成本。
權(quán)利要求
1、一種階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，包括換熱管(4)以及套裝在換熱管(4)上的基片(1)，其特征在于基片(1)上開設(shè)有若干排橋形狹縫條，該橋形狹縫條沿空氣流動方向通過換熱管(4)的中心線呈碟形對稱布置，每一塊橋形狹縫條具有一突出段(2)，突出段(2)有垂直于氣流方向的開口部分，突出段(2)的兩側(cè)有與基片(1)相連接的圓弧形直立段(3)，且各排突出段(2)的高度呈階梯形布置。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，其特征在于所 說的橋形狹縫條的突出段(2)在基片(1)的表面沿同一方向突出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，其特征在于所 說的在一個換熱單元中，每一排內(nèi)的橋形狹縫條突出段(2)的高度相同， 相鄰排間的突出段(2)的高度成高低起伏的階梯形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，其特征在于所 說的呈階梯形布置的橋形狹縫條的空出段(2)的最高高度為套裝在換熱 管(4)的相鄰兩基片(1)間距的2/3，最低的橋形狹縫條的突出段(2) 的高度為套裝在換熱管(4)的相鄰兩基片(1)間距的1/3。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，其特征在于所 說的基片(1)上開設(shè)有五排橋形狹縫條，其中第一排(11、 12、 13)和 第五排(51、 52、 53)由三個橋形狹縫條組成，第二排(21、 22)和第四 排(41、 42)由兩個橋形狹縫條組成，第三排(31)為一個長的橋形狹縫 條，且第一、第五排，第三、第四排橋形狹縫條沿?fù)Q熱管(4)的中心連 線對稱布置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，其特征在于所 說的橋形狹縫條的突出段(2)采用先高后低的波型階梯布置
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，其特征在于所 說的橋形狹縫條的突出段(2)采用先低后高的波型階梯布置。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，其特征在于所 說的橋形狹縫條的突出段(2)采用先上后下的峰型階梯布置。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，其特征在于所 說的橋形狹縫條的突出段(2)采用由高到低的下降階梯布置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，其特征在于所 說的橋形狹縫條的突出段(2)采用由低到高的上升階梯布置。
全文摘要
一種階梯碟形強(qiáng)化傳熱翅片，包括換熱管以及套裝在換熱管上的基片，基片上開設(shè)有若干排橋形狹縫條，該橋形狹縫條沿空氣流動方向通過換熱管的中心線呈碟形對稱布置，每一塊橋形狹縫條具有一突出段，突出段有垂直于氣流方向的開口部分，突出段的兩側(cè)有與基片相連接的圓弧形直立段，且各排突出段的高度呈階梯形布置。本發(fā)明對換熱單元采用呈碟形的橋形狹縫條布置，碟形的布置使得在增強(qiáng)換熱的同時，阻力不會增加很多，而階梯形的布置更是大大的增加了流體的摻混，強(qiáng)化了傳熱，用戶可根據(jù)對傳熱和阻力的不同要求選定階梯布置的方式，從而確定一個換熱單元的布置形式，無須再進(jìn)行二次設(shè)計(jì)，因而可以大大減少設(shè)計(jì)和制造成本。
文檔編號F28F7/00GK101349523SQ20081015078
公開日2009年1月21日 申請日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者李紅智, 王海軍, 羅毓珊, 陳聽寬 申請人:西安交通大學(xué)