一種新型改良的橢球面換熱板的制作方法
【專利摘要】一種能夠提高換熱效率和降低流動(dòng)阻力的橢球面換熱板。在板材上，它是采用一種新型的奧氏體?鐵素體雙相不銹鋼材質(zhì)，克服以往換熱板導(dǎo)熱與強(qiáng)度、耐腐蝕性等不兼容的缺點(diǎn)。在外型上，它是在傳統(tǒng)的長(zhǎng)方形換熱板板材(單板尺寸長(zhǎng)*寬*高為200mm*480mm*0.5mm)上作出橢球面的設(shè)計(jì)，橢球面滿足方程x2/9+y2/36+z2/9＝1(z≥0或者z≤0，單位mm)，同一行橢球面左右相鄰間隔為2mm，且凹凸性一致。相鄰的上下橢球面首尾恰巧處于同一水平面，采取相間的排列方式，且凹凸性相反。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，單個(gè)換熱板每面均有凹凸橢球面20行。另外，在進(jìn)出水方面，采取慣有的在換熱板四個(gè)角開(kāi)有直徑為36mm的圓形孔，板兩面的邊緣均加有厚3mm的密封橡膠帶，整體采用冷熱雙流道逆流換熱模式。
【專利說(shuō)明】
一種新型改良的橢球面換熱板
所屬技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及換熱器領(lǐng)域的一種新型改良的橢球面換熱板。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國(guó)內(nèi)外所研究的換熱板主要有以下幾種類型:水平平直波紋板，豎直波紋板，人字形波紋板，斜波紋板和球面不連續(xù)波紋板等，其中球面不連續(xù)波紋板屬于近些年來(lái)新出現(xiàn)的較為理想的換熱板，人字形波紋板則是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的換熱板。劉艷等在《板式換熱器板型尺寸對(duì)換熱性能影響的探討》一文中分析了波紋板型、相關(guān)的特征尺寸參數(shù)對(duì)板式換熱器換熱性能的影響，認(rèn)為人字形波紋板的傳熱性能優(yōu)于平直波紋板，其傳熱系數(shù)會(huì)隨著波間距和波高的減小而增大，并且波紋間距對(duì)板式換熱器的換熱性能的影響要大于波高對(duì)換熱性能的影響。馬學(xué)虎等人在《低下板式換熱器性能的實(shí)驗(yàn)研究及熱力學(xué)分析》針對(duì)不同的板式換熱器在低雷諾數(shù)條件下的傳熱及阻力性能進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分析了波高、波距和波紋傾角對(duì)板式換熱器性能的影響，認(rèn)為波距對(duì)板式換熱器的傳熱性能影響大于波紋傾角和波高的影響，與此同時(shí)，波紋傾角和波高對(duì)板式換熱器阻力特性的影響大于波紋間距的影響。Lieke Wang和Bengt Stmden在《Optimal design of plate heatexchangers with and without pressure drop specificat1ns》一文中通過(guò)討論和分析板式換熱器設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法，提出了一種新的換熱器設(shè)計(jì)迭代方法:以限定阻力損失為設(shè)計(jì)目標(biāo)，綜合考慮了換熱器設(shè)計(jì)中的各個(gè)參數(shù)，能夠有效的降低，具有一定的優(yōu)越性。并且以人字形板式換熱器的波紋傾角優(yōu)化設(shè)計(jì)為例，以年成本為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，得出波紋傾角為60°時(shí)最經(jīng)濟(jì)。宋繼偉在其博士論文《球面不連續(xù)波紋板式換熱器傳熱與流動(dòng)特性研究》中，提出了一種新型的球面不連續(xù)波紋換熱板，并且通過(guò)數(shù)值模擬和水-水實(shí)驗(yàn)的方法，得到該種新型換熱板換熱器與波紋傾角為60°的人字波紋板式換熱器相比，單位壓降下的傳熱系數(shù)約高5%?10%，流體介質(zhì)沖刷球面波紋的迎風(fēng)面時(shí)，此處的溫度梯度與速度矢量的協(xié)同度較好，其綜合性能優(yōu)于常規(guī)的人字形波紋板式換熱器等。從以上我們可以知道，現(xiàn)有的60°角人字形板雖然制備工藝較為簡(jiǎn)單，但是同等條件下，其換熱系數(shù)比球面不連續(xù)波紋板要小，傳熱效率不高；而宋繼偉等人所提出和發(fā)明的球面不連續(xù)波紋板在具有較高的換熱系數(shù)前提下，其由于板面制作工藝復(fù)雜，板與板之間的接觸點(diǎn)(即支撐點(diǎn))密集和流體在經(jīng)過(guò)球面的前后存在真空區(qū)域，形成了流體的紊流，這就增大了冷熱流體的流動(dòng)阻力，造成了波紋板制作和運(yùn)行成本較高的后果。另外，現(xiàn)階段，不論是人字形波紋板，還是球面不連續(xù)波紋換熱版，其板材均采用的是奧氏體304/316或者鈦等材質(zhì)。綜合其整體特性，奧氏體304/316價(jià)格低廉，但是強(qiáng)度、耐腐蝕性、導(dǎo)熱性能等一般;鈦材質(zhì)的換熱板質(zhì)地輕、強(qiáng)度大，但是導(dǎo)熱性能不高，而且價(jià)格較為昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高現(xiàn)有換熱板的換熱系數(shù)，減小流體流動(dòng)阻力等，本實(shí)用新型提供了一種橢球面換熱板，該換熱板采用一種新型的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼材質(zhì)，克服以往換熱板導(dǎo)熱與強(qiáng)度、耐腐蝕性等不兼容的缺點(diǎn)，表面橢球面的設(shè)計(jì)方法大大降低了流體的流動(dòng)阻力。
[0004]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一方面在換熱器板材上的改進(jìn)，采用新型的奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼材質(zhì)，較以往的單一的奧氏體不銹鋼或者鈦板材，其具有價(jià)格低、強(qiáng)度大、耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)；另一方面在板材表面上的改進(jìn)，在傳統(tǒng)的長(zhǎng)方形板材(單板尺寸長(zhǎng)*寬*高為200mm*480mm*0.5mm)上做出橢球面的設(shè)計(jì)，橢球面滿足方程x2/9+y2/36+z2/9 = l(z > O或者z < O，單位mm)，同一行橢球面左右相鄰間隔為2mm，且凹凸性一致。相鄰的上下橢球面首尾恰巧處于同一水平面，采取相間的排列方式，且凹凸性相反。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，單個(gè)換熱板每面均有凹凸橢球面20行。另外，在進(jìn)出水方面，采取慣有的在換熱板四個(gè)角開(kāi)有直徑為36_的圓形孔，板兩面的邊緣均加有厚3mm的密封橡膠帶，整體采用冷熱雙流道逆流換熱模式。橢球面形的表面設(shè)計(jì)較現(xiàn)有的人字形板，大大的增加了整體換熱面積，同時(shí)也比較剛出現(xiàn)的球面不連續(xù)波紋換熱板，極大地降低了換熱流體在經(jīng)過(guò)換熱面前后時(shí)的流動(dòng)阻力，避免了產(chǎn)生紊流現(xiàn)象，減小了流體的進(jìn)出口壓降，進(jìn)而降低了額外的能耗，提高了換熱系數(shù)，使得流體的溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)達(dá)到很好的協(xié)同作用。
[0005]本實(shí)用新型的有益效果是:可以改善現(xiàn)有換熱片損耗問(wèn)題的同時(shí)，流體的溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)也達(dá)到了很好的協(xié)同作用，降低了流動(dòng)阻力，提高了傳熱系數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0006]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明(單位:_)
[OOO7 ]圖1是本實(shí)用新型橢球面波紋換熱板A-A截面示意圖
[0008]圖2是本實(shí)用新型橢球面波紋換熱板局部示意圖
[0009]圖3是本實(shí)用新型橢球面波紋換熱板整體示意圖
[0010]圖中1.奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼換熱平板，2&3.前后左右相間的橢球面波紋，A&D.換熱介質(zhì)流入孔口，B&C.為換熱介質(zhì)流出孔口
【具體實(shí)施方式】
[0011 ]圖1是相鄰兩個(gè)新型橢球面波紋換熱板疊加的情形，換熱介質(zhì)從橢球面縫隙穿過(guò)達(dá)到換熱效果。
[0012]圖2是直觀的看到該新型橢球面波紋換熱板的局部凹凸情形。
[0013]圖3中，較粗的黑色實(shí)線是用來(lái)密封換熱介質(zhì)的橡膠墊圈，厚度與橢球面持平，為3mm。換熱介質(zhì)I從A孔口流入，順著該新型橢球面波紋換熱板向下流動(dòng)，最后從B孔口流出；換熱介質(zhì)2從D空口流入，順著該新型橢球面波紋換熱板向上流動(dòng)，最后從C空口流出。該換熱板換熱采用的是逆流方式，使冷熱流體充分接觸，從而達(dá)到提高換熱器換熱效率的效果。另外，本實(shí)用新型在換熱板方面也作出相應(yīng)的改變。傳統(tǒng)的換熱板板材多采用的是奧氏體304/316或者鈦等材質(zhì)。本實(shí)用新型采用的是一種奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼材質(zhì)。在物理化學(xué)性能方面，與單一的鐵素體相比，其塑性、韌性更高，無(wú)室溫脆性，耐晶間腐蝕性能和焊接性能顯著提高，同時(shí)還保持有鐵素體不銹鋼的475°C脆性，以及導(dǎo)熱系數(shù)高，具有超塑性等特點(diǎn)；與單一的奧氏體不銹鋼相比，強(qiáng)度高且耐晶間腐蝕和耐氯化物應(yīng)力腐蝕有明顯提高，雙相不銹鋼具有優(yōu)良的耐孔蝕性能，也是一種節(jié)鎳不銹鋼。在制作成本方面，奧氏體304/316板材的價(jià)格在20-45元/kg，鈦材質(zhì)板材的價(jià)格則普遍都高于100元/kg，而奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼板材的價(jià)格在30-50元/kg。因而綜合其整體特性，奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼板材克服以往換熱板導(dǎo)熱、強(qiáng)度、耐腐蝕性等與價(jià)格成本不兼容的缺點(diǎn)，并且表面橢球面的設(shè)計(jì)也大大降低了流體的流動(dòng)阻力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型改良的橢球面換熱板，整體呈現(xiàn)長(zhǎng)方形，采用具有較強(qiáng)換熱能力、抗腐蝕能力，以及較低的流動(dòng)阻力的換熱板材，其特征是:在單板尺寸長(zhǎng)*寬*高為200mm*480mm*0.5mm的長(zhǎng)方形板材上做出橢球面的設(shè)計(jì)，橢球面滿足方程X2/9+y2/36+z2/9 = 1，單位為mm，同一行橢球面左右相鄰間隔為2mm，且凹凸性一致，相鄰的上下橢球面首尾恰巧處于同一水平面，采取相間的排列方式，且凹凸性相反。2.根據(jù)權(quán)利要求1書所述的新型改良的橢球面換熱板，其特征是:單個(gè)換熱板每面均有凹凸橢球面20行。3.根據(jù)權(quán)利要求1書所述的新型改良的橢球面換熱板，其特征是:在進(jìn)出水方面，采取慣有的在換熱板四個(gè)角開(kāi)有直徑為36mm的圓形孔，板兩面的邊緣均加有厚3mm的密封橡膠帶，整體采用冷熱雙流道逆流換熱模式。
【文檔編號(hào)】F28F3/04GK205425938SQ201620159821
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月2日
【發(fā)明人】高飛, 高翔, 謝素璞
【申請(qǐng)人】安徽理工大學(xué)