專利名稱：一種后掠型百葉窗翅片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于換熱器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種優(yōu)化的后掠型百葉窗換熱翅片。
背景技術(shù)：
緊湊熱交換器由于具有占用空間小、質(zhì)量輕、換熱效率高等技術(shù)優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、空調(diào)電器或電子產(chǎn)品等行業(yè)所涉及的散熱領(lǐng)域。板翅式熱交換器是緊湊型熱交換器的重要形式。如圖1所示，大量板式翅片組合在一起可以顯著擴(kuò)大熱交換器的有效散熱面積，因此可以大幅提高熱交換器的散熱效率。目前，工程界廣泛使用的板式翅片主要有兩種:波紋形翅片和百葉窗翅片。相對而言，百葉窗翅片的散熱流道更小，結(jié)構(gòu)更緊湊，散熱效率更高，但因此其流道阻力也更大。一般地，百葉窗翅片的散熱效率和流道阻力是波紋翅片的5-10倍。通常地，百葉窗翅片多用于轎車、高端電子電器等行業(yè)的散熱設(shè)備中。國內(nèi)外與百葉窗翅片相關(guān)的專利技術(shù)比較多，200480017155.0、200910119663.4,201110043299.5,201210223874.4 等。如圖 2 所示，百葉窗翅片是在平
直基片2的基礎(chǔ)上，開設(shè)了幾組具有一定開窗角度的百葉窗窗體101。平直基片2和百葉窗窗體101構(gòu)成熱交換器的一個散熱流道。若干個散熱流道組合在一起，就構(gòu)成了圖1所示的熱交換器換熱芯體，可以將熱交換器管道內(nèi)流動的高溫介質(zhì)Vhtrt，如高溫水、油或固體導(dǎo)熱等的熱量快速傳遞至翅片表面，并通過翅片附近冷卻介質(zhì)Vrald，如冷卻空氣，將熱量帶走，最終擴(kuò)散至熱交換器體外。傳統(tǒng)百葉窗翅片散熱流動結(jié)構(gòu)如圖3所示。在散熱流道內(nèi)，百葉窗窗體將改變冷卻介質(zhì)Vrald的流動方向，使平直基片上原來沿流向發(fā)展的邊界層被中斷，從而提高近壁換熱效率，實現(xiàn)強(qiáng)化傳熱的目的。但由于百葉窗翅片間隙流動處于層流分離狀態(tài)，散熱流道內(nèi)的流動阻力通常都比較大。近年來，一些新穎的強(qiáng)化傳熱方式被引入到百葉窗翅片中。如專利200910020823.X中，通過在百葉窗翅片上游增設(shè)一組三角形的擾流片或渦流發(fā)生器，可以達(dá)到增強(qiáng)翅片局部傳熱的目的。但這些措施并沒有從根本上改善翅片散熱流道內(nèi)的流動結(jié)構(gòu)特征，因此無法改變百葉窗翅片流動阻力大的缺陷，并且沒有充分挖掘百葉窗翅片的強(qiáng)化傳熱潛力。因此，從強(qiáng)化換熱的角度來看，有必要對上述傳統(tǒng)百葉窗翅片作進(jìn)一步地優(yōu)化或創(chuàng)新性地設(shè)計，以便大幅提高翅片熱交換效率，并顯著降低散熱流道阻力，進(jìn)而可以降低配套風(fēng)扇的功率負(fù)荷和噪聲水平等。這正是本發(fā)明的根本目的所在。

發(fā)明內(nèi)容
針對傳統(tǒng)百葉窗翅片的技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明給出了一種優(yōu)化的后掠型百葉窗翅片設(shè)計，該類型翅片可以作為熱交換器芯體，如圖1所示，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、電器、半導(dǎo)體等行業(yè)的熱交換設(shè)備中。與傳統(tǒng)百葉窗翅片相比較，在材質(zhì)、結(jié)構(gòu)體積或散熱面積相同的條件下，本發(fā)明給出的后掠 型百葉窗翅片具有換熱效率高、流動阻力小等顯著優(yōu)勢。并且，這種后掠型百葉窗翅片只改變了翅片百葉窗窗體的后掠角度，在實際加工時，無需對現(xiàn)有翅片的加工工藝作大幅度改造。因此，與其他具有強(qiáng)化換熱功能的百葉窗翅片相比較，本發(fā)明給出的后掠型百葉窗翅片具有加工工藝簡單等優(yōu)勢。特別地，這種后掠型百葉窗翅片由于流動結(jié)構(gòu)特殊而具有獨特的自清潔能力。為解決傳統(tǒng)百葉窗翅片中存在的技術(shù)問題，達(dá)到本發(fā)明所述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
一種后掠型百葉窗翅片，包括基片和從基片上翹起的百葉窗，其特征在于:所述翅片的百葉窗前緣與翅片展向，即散熱流道寬度方向，呈一定的角度，稱之為后掠角β。所述后掠角β設(shè)置為10°至80°之間任意角度，優(yōu)選30°至60°區(qū)間，此時翅片流動阻力小、換熱效率高。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的后掠型百葉窗翅片，百葉窗窗體與基片所在平面的夾角，即開窗角度α，為25° -45°。進(jìn)一步的，在一個后掠型百葉窗翅片的基片上，可以沿翅片展向和流向，即流道長度方向，分別設(shè)置一個或多個百葉窗區(qū)域。在一個百葉窗區(qū)域內(nèi)，相鄰百葉窗窗體的間距，即開窗間距Z為0.5-3.0mm。mm為長度單位毫米。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的后掠型百葉窗翅片厚度為0.05-0.5mm，其所在的流道長為5-100mm,流道寬為2-20mm,流道高為l_5mm。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述后掠型百葉窗翅片的制造材料可以采用金屬材料、合金或?qū)嵝阅芎玫姆墙饘俨牧系取Ｆ渲?，百葉窗窗體可以采用專用模具滾壓成形。相對于傳統(tǒng)的百葉窗翅片來說，在本發(fā)明中，由于百葉窗窗體具有一定的后掠角，冷卻介質(zhì)經(jīng)過百葉窗前緣時，其運動速度V可以分解為兩部分:垂直百葉窗窗體前緣的速度分量VI，它將促使冷卻介質(zhì)在經(jīng)過前緣后從百葉窗表面分離，形成強(qiáng)旋轉(zhuǎn)的分離渦 ’沿窗體前緣方向也即分離渦·的旋轉(zhuǎn)軸方向的速度分量V2，它將使上述分離渦結(jié)構(gòu)沿前緣方向拉伸，最終將分離渦拉伸成流向渦結(jié)構(gòu)，并在旋渦核心處形成強(qiáng)軸向射流Vn。本發(fā)明所述的后掠型百葉窗翅片的散熱流動結(jié)構(gòu)如圖5所示。該流向渦結(jié)構(gòu)顯著提高了流道內(nèi)冷卻介質(zhì)與翅片表面的熱交換能力，同時軸向射流Vn可以大幅降低分離區(qū)的壓差阻力，從而使整個散熱流道的流動阻力和壓降大幅降低、換熱效率顯著提高。特別地，軸向射流Vn還可以將沉積在分離區(qū)內(nèi)的污垢沖向翅片散熱流道下游。因此，本發(fā)明給出的后掠型百葉窗翅片具有獨特的自清潔能力。所述后掠型百葉窗翅片作為熱交換器芯體的應(yīng)用。進(jìn)一步地，在一個后掠型百葉窗翅片的基片上，可以沿翅片展向和流向分別開設(shè)一個或多個百葉窗區(qū)域；在同一百葉窗區(qū)內(nèi)，百葉窗窗體沿同一方向后掠，此時兩個相鄰的百葉窗窗體前緣方向是相互平行的，相鄰的兩個百葉窗區(qū)既可以沿同一方向后掠，此時這兩個窗區(qū)之間的百葉窗窗體的前緣方向是相互平行的；也可以沿相反方向后掠，此時這兩個窗區(qū)之間的百葉窗窗體前緣方向是相互交叉的。進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的后掠型百葉窗翅片中，兩個相鄰的后掠型百葉窗翅片組合成一個大的散熱通道時，這兩個相鄰翅片上的百葉窗區(qū)既可以沿同一方向后掠，此時這兩個翅片上對應(yīng)的百葉窗窗體前緣方向是相互平行的；也可以沿相反方向后掠，此時這兩個翅片上對應(yīng)的百葉窗窗體前緣方向是相互交叉的。本發(fā)明所述的后掠型百葉窗翅片，可以作為散熱芯體安裝在各種熱交換器內(nèi)，如圖1所示，可以廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、電器、半導(dǎo)體等行業(yè)所涉及的散熱或熱交換領(lǐng)域中，例如但不限于汽車、工程機(jī)械、電子或電器產(chǎn)品所使用的散熱器、冷凝器、中冷器等。與傳統(tǒng)的百葉窗翅片相比，本發(fā)明給出的后掠型百葉窗翅片具有換熱效率高、流動阻力小等顯著優(yōu)勢。并且，這種后掠型百葉窗翅片只改變了翅片百葉窗窗體的后掠角度，在實際加工時，無需對現(xiàn)有翅片的加工工藝作大幅度改造。因此，與其他具有強(qiáng)化換熱功能的百葉窗翅片相比較，本發(fā)明給出的后掠型百葉窗翅片具有加工工藝簡單等優(yōu)勢。此外，這種后掠型百葉窗翅片由于流動結(jié)構(gòu)特殊而具有獨特的自清潔能力。因此，本發(fā)明給出的后掠型百葉窗翅片可以在更復(fù)雜、更惡劣的工程環(huán)境中使用。


圖1是普通熱交換器換熱芯體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的百葉窗翅片幾何結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中后掠型百葉窗翅片的幾何結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中后掠型百葉窗翅片的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖。圖5是本發(fā)明中冷卻介質(zhì)經(jīng)過 后掠型百葉窗翅片所產(chǎn)生的流動結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是同一翅片上兩個相鄰的百葉窗區(qū)的組合示意圖:(a)在翅片流向方向上的兩個百葉窗區(qū)沿同一方向后掠；(b)在翅片流向方向上的兩個百葉窗區(qū)沿相反方向后掠；(c)在翅片展向方向上的兩個百葉窗區(qū)沿同一方向后掠；(d)在翅片展向方向上的兩個百葉窗區(qū)沿相反方向后掠。圖7是兩個相鄰的翅片散熱流道的組合示意圖:(a)上、下兩個相鄰的百葉窗區(qū)沿同一方向后掠；(b)上、下兩個相鄰的百葉窗區(qū)沿相反方向后掠。圖8是本發(fā)明所述的后掠型百葉窗翅片與傳統(tǒng)百葉窗翅片的散熱性能和流道阻力性能對比圖。其中:1散熱流道側(cè)壁,2翅片基片，101百葉窗窗體，201后掠型百葉窗窗體,202后掠型百葉窗前緣，203流向渦；Re是雷諾數(shù)，是表征冷卻介質(zhì)流動速度的無量綱參數(shù)；」是表征翅片散熱性能的無量綱參數(shù)是表征流道阻力性能的無量綱參數(shù)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。應(yīng)理解下述具體實施方式
僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠(yuǎn)離特定部件幾何中心的方向。實施例1
如圖3所示，一種后掠型百葉窗翅片，包括基片2和百葉窗窗體201?；?的端面與散熱流道側(cè)壁面I平貼相接，二者構(gòu)成一個散熱流道，二者可以通過焊接等方式相連。百葉窗窗體201的前緣202與翅片展向，即散熱流道寬度B方向，呈一定夾角，稱之為后掠角β，所述后掠角β為45°。百葉窗開縫間距L為1mm，開窗角度α (即百葉窗窗體201與基片2所在平面的夾角)為30°，如圖4所示。所述后掠型百葉窗翅片的厚度t為0.1mm，翅片所在流道長A為15mm，流道寬B為7.5mm，流道高S (即兩個相鄰的百葉窗翅片間距)為2.5mm。在基片2上，可以沿翅片展向(即流道寬度B的方向)和流向(即流道長度A方向)分別開設(shè)一個或多個百葉窗區(qū)域。在同一百葉窗區(qū)內(nèi)，百葉窗窗體沿同一方向后掠，此時兩個相鄰的百葉窗窗體前緣方向是相互平行的。相鄰的兩個百葉窗區(qū)既可以沿同一方向后掠，此時這兩個窗區(qū)之間的百葉窗窗體的前緣方向是相互平行的，如圖6a、6c所示；也可以沿相反方向后掠，此時這兩個窗區(qū)之間的百葉窗窗體前緣方向是相互交叉的，如圖6b、6d所示。以百葉窗翅片(含基片2和百葉窗窗體201)為中心，翅片寬B、長A、高S的冷卻介質(zhì)流動區(qū)間就構(gòu)成熱交換器的一個散熱流道。多個散熱流道組合在一起，就構(gòu)成了一個熱交換器芯體，如圖1。兩個相鄰的后掠型百葉窗翅片流道組合成一個大的散熱通道時，這兩個相鄰翅片上的百葉窗區(qū)既可以沿同一方向后掠，此時這兩個翅片上對應(yīng)的百葉窗窗體前緣方向是相互平行的，如圖7a所示；也可以沿相反方向后掠，此時這兩個翅片上對應(yīng)的百葉窗窗體前緣方向是相互交叉的，如圖7b所示。相對于傳統(tǒng)的百葉窗翅片來說，在本發(fā)明中，由于百葉窗窗體具有一定的后掠角，冷卻介質(zhì)如空氣，在經(jīng)過百葉窗前緣時，其運動速度V可以分解為兩部分，垂直百葉窗窗體前緣的速度分量VI，它將促使冷卻介質(zhì)在經(jīng)過前緣后從百葉窗表面分離，形成強(qiáng)旋轉(zhuǎn)的分離渦；沿窗體前緣方向也即分離渦的旋轉(zhuǎn)軸方向的速度分量V2，它將使上述分離渦結(jié)構(gòu)沿前緣方向拉伸，最終將分離渦拉伸成流向渦結(jié)構(gòu)，并在旋渦核心處形成強(qiáng)軸向射流Vn。本發(fā)明所述的后掠型百葉窗翅片的散熱流動結(jié)構(gòu)如圖5所示。該流向渦結(jié)構(gòu)顯著提高了流道內(nèi)冷卻介質(zhì)與翅片表面的熱交換能力，同時軸向射流Vn則降低了分離區(qū)的壓差阻力，從而使冷卻介質(zhì)在整個翅片中流動阻力和壓降大幅降低、換熱效率顯著提高。并且，這種后掠型百葉窗翅片只改變了翅片百葉窗窗體的后掠角度，在實際加工時，無需對現(xiàn)有翅片的加工工藝作大幅度改造。因此，與其他具有強(qiáng)化換熱功能的百葉窗翅片相比較，本發(fā)明給出的后掠型百葉窗翅片具有加工工藝簡單等優(yōu)勢。此外，軸向射流Vn還可以將沉積在分離區(qū)內(nèi)的污垢沖向翅片散熱流道下游。因此，本發(fā)明給出的后掠型百葉窗翅片具有獨特的自清潔能力。在本實施例中，后掠型百葉窗翅片的制造材料可以采用金屬材料、合金或?qū)嵝阅芎玫姆墙饘俨牧系?。其中，金屬材料如鋁、銅、金等。百葉窗窗體可以采用專用模具滾壓成形。實施例2
本實施例與實施例1的區(qū)別在于:百葉窗窗體201的后掠角β為30°，百葉窗開縫間距L為0.5mm，開縫角度α為25° ;百葉窗翅片厚度t為0.05mm，翅片所在的散熱流道長A為20mm,流道寬B為IOmm,流道高為1mm。實施例3
本實施例與實施例1的區(qū)別在于:百葉窗窗體后掠角β為60°，百葉窗開縫間距L為2.0mm，開縫角度α為35° ;百葉窗翅片厚度t為0.3mm，翅片所在的散熱流道長A為40mm，流道寬B為15mm,流道高為3mm。實施例4 本實施例與實施例1的區(qū)別在于:百葉窗窗體后掠角β為10°，百葉窗開縫間距L為3.0mm，開縫角度α為45° ;百葉窗翅片厚度t為0.5mm，翅片所在的散熱流道長A為100mm，流道寬B為20mm,流道高為5mm。實施例5
本實施例與實施例1的區(qū)別在于:百葉窗窗體后掠角β為80°，百葉窗開縫間距L為1.0_，開縫角度€[為27° ;百葉窗翅片厚度t為0.1_，翅片所在的散熱流道長A為10_，流道寬B為5mm,流道高為1.8mm。實施例6
本實施例與實施例1的區(qū)別在于:百葉窗窗體后掠角β為40°，百葉窗開縫間距L為
0.7mm，開縫角度α為40° ;百葉窗翅片厚度t為0.08mm，翅片所在的散熱流道長A為78mm，流道寬B為13mm，流道高為4臟。實施例7
本實施例與實施例1的區(qū)別在于:百葉窗窗體后掠角β為50°，百葉窗開縫間距L為1.5mm,開縫角度α為32° ;百葉窗翅片厚度t為0.15mm,翅片所在的散熱流道長A為50mm,流道寬B為9mm,流道高為3mm。實施例8
本實施例與實施例1的區(qū)別在于:百葉窗窗體后掠角β為35°，百葉窗開縫間距L為2.5mm，開縫角度α為42° ;百葉窗翅片厚度t為0.2mm，翅片所在的散熱流道長A為65mm，流道寬B為18mm,流道高為2mm。實施例9· 本實施例與實施例1的區(qū)別在于:百葉窗窗體后掠角β為55°，百葉窗開縫間距L為1.3_，開縫角度€[為31° ;百葉窗翅片厚度t為0.4_，翅片所在的散熱流道長A為30_，流道寬B為16mm，流道高為4臟。實施例1-9所述的后掠型百葉窗翅片，包括基片2和百葉窗窗體201?；?的端面與散熱流道側(cè)壁I平貼相接，二者構(gòu)成一個散熱流道。散熱流道內(nèi)流動的是冷卻空氣，氣流速度V為9.5m/s ;在散熱流道外也即側(cè)壁I的另一側(cè)是80°C的高溫水。圖8(a，b)是實施例1所述的后掠型百葉窗翅片與同等材質(zhì)的非后掠百葉窗翅片的散熱性能和流道阻力性能對比圖。該圖表明:在冷氣空氣流動雷諾數(shù)Re=600時，以無量綱參數(shù)j因子表示的后掠型百葉窗翅片的散熱效率提高了 10.8%，達(dá)到0.03，以無量綱參數(shù)f因子表示的流道阻力降低了 16.2%，降至0.12 ;在其他流動雷諾數(shù)下，后掠型百葉窗翅片的散熱性能和流道阻力特性也有相應(yīng)幅度的改善。測試結(jié)果表明，與相同材質(zhì)的非后掠百葉窗翅片相比較，實施例2-9所述的后掠型百葉窗翅片也具有與實施例1 一致的性能提升效果。其中，以j因子表示的翅片散熱性能提高了 3%-12%，以f因子表示的流道阻力降低了2%-18%。綜上，經(jīng)多次實施例和檢測證明，本發(fā)明所述的后掠型波紋翅片，冷卻介質(zhì)流動雷諾數(shù)Re=580時，j因子最高可達(dá)0.08，f因子可降低至0.10。需注意的是，上述實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)用途，而非對本發(fā)明的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)所做出的各種變化或替代，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種后掠型百葉窗翅片，包括基片和從基片上翹起的百葉窗，其特征在于:所述翅片的百葉窗前緣與翅片展向即散熱流道寬度方向，呈一定的角度，稱之為后掠角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后掠型百葉窗翅片，其特征在于:所述后掠角設(shè)置為10度至80度之間任意角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的后掠型百葉窗翅片，其特征在于:所述后掠角的設(shè)置區(qū)間為30度至60度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的后掠型百葉窗翅片，其特征在于:百葉窗窗體與基片所在平面的夾角，即開窗角度，為25-45度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的后掠型百葉窗翅片，其特征在于:一個翅片沿其展向和流向方向分別設(shè)置一個或多個百葉窗區(qū)域；在每個百葉窗區(qū)域內(nèi)，相鄰百葉窗窗體的間距，即開窗間距，為0.5-3.0毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的后掠型百葉窗翅片，其特征在于:翅片厚度為0.05-0.5毫米，翅片所在流道長為5-100毫米，流道寬為2-20毫米，流道高為1-5毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的后掠型百葉窗翅片，其特征在于:所述翅片的制造材料采用金屬材料、合金或?qū)嵝阅芎玫姆墙饘俨牧现械娜我庖环N。
8.—種權(quán)利要求1所述的后掠型百葉窗翅片可以用作熱交換器的散熱芯體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的后掠型百葉窗翅片作為熱交換器的散熱芯體，其特征在于:一個翅片上沿其展向和流向方向分別設(shè)置了一個或多個百葉窗區(qū)域；在同一百葉窗區(qū)域內(nèi)，百葉窗窗體沿同一方向后掠；相鄰的兩個百葉窗區(qū)域沿同一方向后掠或者沿相反方向后掠。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的后掠型百葉窗翅片作為熱交換器的散熱芯體，其特征在于:兩個相鄰的翅片流道中，其百葉窗區(qū)可以沿同一方向后掠，或者沿相反方向后掠。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種后掠型百葉窗翅片，其端面與熱交換器側(cè)壁面平貼相接，其特征在于所述翅片的百葉窗前緣與翅片展向，即散熱流道寬度方向，呈一定的夾角，稱之為后掠角。與傳統(tǒng)的百葉窗翅片相比較，在材質(zhì)、散熱面積相同的條件下，本發(fā)明給出的后掠型百葉窗翅片具有換熱效率高、流動阻力小等顯著優(yōu)勢。并且，這種后掠型百葉窗翅片只改變了翅片百葉窗窗體的后掠角度，在實際加工時，無需對現(xiàn)有翅片的加工工藝作大幅度改造。因此，與其他具有強(qiáng)化換熱功能的百葉窗翅片相比較，本發(fā)明給出的后掠型百葉窗翅片具有加工工藝簡單等優(yōu)勢。特別地，這種后掠型百葉窗翅片由于流動結(jié)構(gòu)特殊而具有獨特的自清潔能力。
文檔編號F28G9/00GK103256850SQ201310198389
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月24日
發(fā)明者張日葵, 曹先偉, 丁可琦 申請人:南京北大工道軟件技術(shù)有限公司, 北京大學(xué)工學(xué)院南京研究院, 南京北大工道創(chuàng)新有限公司