專利名稱：一種平板間不連續(xù)雙斜交叉肋強化換熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于肋強化平板間對流換熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種平板間利用陣 列不連續(xù)雙斜交叉肋強化對流換熱的方法。
背景技術(shù)：
平板間對流換熱是一種重要的熱交換形式，如翅片管換熱器的翅片、板式 換熱器的板片等，在石油、化工、電力、制冷、空調(diào)等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng) 用。
對于翅片管，其冷、熱流體間壁錯流換熱，管內(nèi)為單相或相變流體，管外 一般為空氣、煙氣等氣體介質(zhì)。由于翅片管式換熱器的管外側(cè)氣體換熱熱阻在 整個熱阻中占有極大的比重，而翅片結(jié)構(gòu)形式和幾何尺寸的差異對其換熱性能 與流動阻力又起著決定性的影響，因此改進管外側(cè)的翅化形式，提高管外側(cè)換 熱系數(shù)己成為提高翅片管式換熱器性能的一個重要方面。經(jīng)過幾十年的發(fā)展， 翅片管式換熱器在采用擴展表面來增加空氣側(cè)換熱面積的同時，還通過改變流 動方向，增加空氣湍流度，阻止空氣邊界層的發(fā)展等多種途徑來進一步增強換 熱效果。目前得到應(yīng)用的各種強化換熱翅片包括平直翅片、波紋翅片、銀齒 形翅片、百葉窗翅片、穿孔翅片、開縫翅片和針形翅片等，以及近年來還開發(fā) 出沿軸向或徑向分布切口翅片和鰭形翅片等。與平直翅片相比，現(xiàn)有幾種強化 換熱翅片或者在結(jié)構(gòu)和制造上比較復(fù)雜，或者適用性和耐久性較差，特別是在 強化換熱的同時其流動阻力增加比較顯著。因此，目前平直翅片換熱器仍然是 最常用的翅片管換熱器。如在電廠大型直接空冷器中，考慮到運行條件和加工 制造的限制，上述各種強化換熱翅片很難得到應(yīng)用，平直翅片仍是最主要的翅 片應(yīng)用形式。
板式換熱器是一種高效、緊湊的換熱設(shè)備，其主要換熱元件為板片。目前， 板式換熱器用的板片結(jié)構(gòu)形式大約幾十種，常用板片的基本形式一般為連續(xù)的波紋板片，如平直波紋、人字形波紋、橫人字形波紋等。板式換熱器板片的結(jié) 構(gòu)形式直接決定了板式換熱器的換熱和阻力性能。現(xiàn)在應(yīng)用的各種波紋板片都 存在阻力過高的缺點，因此在運行過程中消耗的泵功過大，運行成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前平板間強化對流換熱過程中，強化換熱的同時流動阻力增加過大 的缺點，基于"場協(xié)同原理"，本發(fā)明提出了一種平板間不連續(xù)雙斜交叉肋強化 換熱的方法，特別適合于翅片管換熱器的翅片、板式換熱器的板片的對流換熱 強化。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在參與對流換熱的平板表面，如翅片管的翅片表面 或板式換熱器的板片表面，布置一系列不連續(xù)的、與平板間流體流動方向有一
定夾角且向兩個方向傾斜的棱狀肋；在翅片/板片表面兩側(cè)分別形成凸起和ra 陷，同一翅片/板片表面的所有雙斜肋的凸起方向相同或者沿空氣流動方向交替 布置凸起方向相反的不連續(xù)雙斜肋，相鄰翅片/板片表面凸起的方向與對應(yīng)的雙
斜肋凸起方向相同或相反；相鄰翅片/板片表面的肋在沿翅片/板片表面垂直方 向上呈中心對稱或偏離中心的非對稱交叉布置，形成順排陣列或錯排陣列的"不 連續(xù)雙斜交叉肋"。在這種陣列的不連續(xù)雙斜交叉肋的作用下，流體在翅片/板 片間通道流動時會在壁面附近產(chǎn)生多個縱向渦流和/或其它二次流，從而能顯著 強化對流換熱過程，同時流動阻力增加較少。
上述平板間不連續(xù)雙斜交叉肋的特征在于，其軸線與流體流動方向成士 (25 65)°的夾角，正號表示逆時針方向，負號表示順時針方向；其肋高e與換 熱平板間距S的比值為0.05 0.5，肋節(jié)距p與肋高e的比值為8 40。
對于不連續(xù)雙斜交叉肋翅片管換熱器的翅片，其不連續(xù)雙斜交叉肋的肋高 與翅片間距的比值為0.05 0.3，肋節(jié)距與肋高的比值為8 32。
對于不連續(xù)雙斜交叉肋板式換熱器的板片，其不連續(xù)雙斜交叉肋的肋高與 換熱板片間距的比值為0.25 0. 5，肋節(jié)距與肋高的比值為12 40。
上述平板間不連續(xù)雙斜交叉肋強化換熱翅片/板片的制造方法包括在平直 翅片/板片表面經(jīng)過模壓或滾軋成型。本發(fā)明的有益效果是強化傳熱作用顯著、流阻較小、成型簡單，其雙斜 交叉肋附近不易產(chǎn)生回流(橫向渦流)，不存在流動死區(qū)，從而具有較好的抗結(jié) 垢作用；與現(xiàn)有強化換熱翅片/板片技術(shù)相比，本發(fā)明還具有加工制造成本低，
適用性好等優(yōu)點。


圖1是空冷器單排管不連續(xù)雙斜交叉肋翅片管結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中的A-A截面剖視圖。 圖3是圖1中的B-B截面剖視圖。 圖4是圖1中的CC區(qū)域局部放大圖。 圖5是圖3中的DD區(qū)域局部放大圖。 圖6是圖5中的E-E截面剖視圖。 圖7是圖5中的F-F截面剖視圖。 圖8是另一種形狀的不連續(xù)雙斜肋的E-E截面剖面圖。 圖9是另一種形狀的不連續(xù)雙斜肋的F-F截面剖面圖。 圖IO是不連續(xù)雙斜交叉肋板式換熱器局部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖11是圖IO中的J-J截面剖視圖。 圖12是圖IO中的K-K截面剖視圖。
具體實施例方式
根據(jù)對流換熱的場協(xié)同理論，多縱向渦具有優(yōu)良的流動特性和強化換熱作 用，特別是在層流及Re《10000的低雷諾數(shù)下其綜合強化換熱性能更為突出。 翅片管的翅片間距一般比較小，其翅片間的流動雷諾數(shù)一般小于2000;由于板 式換熱器的緊湊性，板間通道比較狹小，所以板式換熱器的板間流動雷諾數(shù)一 般小于10000。因此翅片管的翅間換熱和板式換熱器的板間換熱均屬于低雷諾 數(shù)對流換熱。本發(fā)明的平板間不連續(xù)雙斜交叉肋可以使平板間的流體流動產(chǎn)生 多縱向渦，在強化換熱的同時流動阻力增加相對較少。對于翅片管式換熱器， 與平直翅片相比，本發(fā)明一般可提高空氣側(cè)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)30% 100%，同功耗 強化換熱指數(shù)PEC-(Nu/Nuo)/(線y。提高25n/。 50M。對于板式換熱器，與目前廣泛應(yīng)用的人字形板片相比，本發(fā)明在換熱性能相當(dāng)?shù)那疤嵯?，可以降低板?br> 換熱器阻力約30% 60%，或者在相同阻力前提下提高換熱性能20% 30%。 下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明予以具體說明。 實施例子1
圖1為空冷器單排管不連續(xù)雙斜交叉肋翅片管結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中 的A-A截面剖視圖，圖3為圖1中的B-B截面剖視圖，圖4為圖1中的CC區(qū) 域局部放大圖，圖5為圖3中的DD區(qū)域局部放大圖，圖6為圖5中的E-E截 面剖視圖，圖7為圖5中的F-F截面剖視圖，其中虛線表示的肋是相鄰翅片表 面的雙斜肋。
在圖1至圖5中，l為空冷器單排扁管；2為蛇形翅片；3為在翅片表面形 成的一對不連續(xù)雙斜肋；4為相鄰翅片表面的一對不連續(xù)雙斜肋；5為空氣流 動方向；6為相鄰兩翅片表面在沿翅片表面垂直方向上形成的一對雙斜交叉肋。 在圖6至圖9中，7為翅片，8、 9為兩種不同形狀的肋。
如圖1至圖5所示考慮到在翅片間通道流動時的入口效應(yīng)，為了減小流 動阻力，使流動和換熱的綜合效果更好，在通道入口區(qū)一段長度上不布置不連 續(xù)雙斜交叉肋；由于多縱向渦流不容易衰減，在翅片間通道流動的出口區(qū)一段 長度上也不布置不連續(xù)雙斜交叉肋，以減少流動阻力；其余區(qū)域沿空氣流動方 向5在翅片表面均勻布置兩排不連續(xù)雙斜肋。對于同一翅片7，若翅片上表面 為凸起的不連續(xù)雙斜肋，則對應(yīng)的下表面為凹陷的不連續(xù)雙斜肋，反之亦然， 它們是在加工過程中同時形成的。相鄰兩翅片表面對應(yīng)的雙斜肋3、 4凸起方向 相同，且在沿翅片表面垂直方向上呈交叉布置，形成雙斜交叉肋6。
圖2至圖3中，空冷器單排扁管l的長度!VN220mm，寬度D=20mm。
圖1至圖5中，蛇形翅片2的間距S=2.45mm，高度H=19mm，厚度d=0.35mm， 長度L=200mm。
圖4至圖7中，不連續(xù)雙斜交叉肋6的肋高e=0.5mm，肋長i^8mm，肋寬 w=2.8mm，肋節(jié)距p-10mm。
本實施例中不連續(xù)雙斜交叉肋6軸線與空氣流動方向5的夾角C=±45° ，正號表示逆時針方向，負號表示順時針方向。不連續(xù)雙斜交叉肋6的肋高e與 翅片7間距S的比值為0.204，肋節(jié)距p與肋高e的比值為20。 實施例子2
如圖8和圖9所示是另一種形狀的不連續(xù)雙斜交叉肋的E-E截面剖面圖和 F-F截面剖面圖。其中肋高e-0.6mm，肋長^8mm，肋寬w=3mm。其余條件與 實施例l相同。
若在相同肋高條件下，本實施例中該種形狀的肋9比實施例1中的肋8能 產(chǎn)生更好的強化換熱效果。 實施例子3
圖10為不連續(xù)雙斜交叉肋板式換熱器局部結(jié)構(gòu)示意圖，圖11為圖10中的 J-J截面剖視圖，圖12為圖IO中的K-K截面剖視圖。
在圖10至圖12中，10為板式換熱器的板片；11為相鄰兩板片上形成的一 對雙斜交叉肋；12為同一板片上的一對不連續(xù)雙斜肋；13為流體流動方向。
如圖10至圖12所示，在同一板片10上，沿流體流動方向13交替布置凸 起方向相反的不連續(xù)雙斜肋12;沿板片表面垂直方向上，相鄰板片上對應(yīng)的不 連續(xù)肋凸起方向相反，且呈交叉布置。相鄰板片上凸起的不連續(xù)交叉肋ll相互 接觸，提高了板式換熱器的承壓強度。
雙斜肋12軸線與流體流動方向13的夾角0=±30° ，正號表示逆時針方向， 負號表示順時針方向。板片10厚度d=0.35mm，板片10間通道高度S=2mm。 不連續(xù)雙斜交叉肋11的肋高e-lmm，肋長r=8mm，肋寬^3mm，肋的縱向節(jié) 距p-24mm，橫向節(jié)距q-20mm;肋高與通道高度的比值為0.5，肋的縱向和橫 向節(jié)距與肋高的比值分別為24和20。
流體在該板間通道內(nèi)流動時，將產(chǎn)生多縱向渦流，從而強化換熱。交叉肋 的不連續(xù)性可以降低板片間流體流動被阻塞的可能性，避免板片間產(chǎn)生流動死 區(qū)。與目前廣泛使用的連續(xù)波紋板片板式換熱器相比，本不連續(xù)雙斜交叉肋板 式換熱器的流動阻力可以顯著降低；與人字形連續(xù)波紋板片板式換熱器而言， 在換熱相當(dāng)?shù)那闆r下其流動阻力可以降低50%左右。
權(quán)利要求
1、一種平板間不連續(xù)雙斜交叉肋強化換熱方法，其特征在于，具體方案為在參與對流換熱的平板表面布置一系列不連續(xù)的、向兩個方向傾斜的棱狀肋；在平板表面兩側(cè)分別形成凸起和凹陷；使相鄰平板表面的肋在沿平板表面垂直方向上交叉布置，形成陣列的“不連續(xù)雙斜交叉肋”；流體流動時，在陣列的不連續(xù)雙斜交叉肋的作用下，在壁面附近產(chǎn)生縱向渦流和/或其他二次流，從而強化對流換熱過程。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板間不連續(xù)雙斜交叉肋強化換熱方法，其 特征在于，所述的平板為翅片管換熱器的翅片或板式換熱器的板片。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板間不連續(xù)雙斜交叉肋強化換熱方法，其 特征在于，所述的同一平板表面的所有雙斜肋的凸起方向相同或者沿流體流動 方向交替布置凸起方向相反的不連續(xù)雙斜肋，相鄰平板表面形成的凸起方向與 對應(yīng)的雙斜肋凸起方向相同或相反。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板間不連續(xù)雙斜交叉肋強化換熱方法，其 特征在于，所述的相鄰平板表面的肋在沿平板表面垂直方向上呈中心對稱或偏 離中心的非對稱交叉布置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平板間不連續(xù)雙斜交叉肋強化換熱方法，其 特征在于，所述的陣列的"不連續(xù)雙斜交叉肋"為順排陣列或錯排陣列。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種平板間不連續(xù)雙斜交叉肋，其特征在于，不 連續(xù)雙斜交叉肋的軸線與流體流動方向成+25 65°或-25 _65°的夾角，正號 表示逆時針方向，負號表示順時針方向，肋高e與換熱平板間距S的比值為 0.05 0.5，肋節(jié)距p與肋高e的比值為8 40。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種平板間不連續(xù)雙斜交叉肋，其特征在于，平 板為翅片管換熱器的翅片的不連續(xù)雙斜交叉肋的肋高與翅片間距的比值為 0.05 0.3，肋節(jié)距與肋高的比值為8 32。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種平板間不連續(xù)雙斜交叉肋，其特征在于，平板為板式換熱器的板片的不連續(xù)雙斜交叉肋肋高與換熱板片間距的比值為0.25 0.5，肋節(jié)距與肋高的比值為12 40。
9、根據(jù)權(quán)利要求2所述的翅片管換熱器的翅片或板式換熱器的板片，其特 征在于，其制造方法包括在平直翅片或板片表面模壓或滾軋成型。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于肋強化平板間對流換熱技術(shù)領(lǐng)域的一種平板間利用陣列不連續(xù)雙斜交叉肋強化對流換熱的方法。其技術(shù)方案為在參與對流換熱的平板表面布置一系列不連續(xù)的、與平板間流體流動方向有一定夾角且向兩個方向傾斜的棱狀肋；在平板表面兩側(cè)分別形成凸起和凹陷；使相鄰平板表面的肋在沿平板表面垂直方向上交叉布置，形成陣列的“不連續(xù)雙斜交叉肋”。本發(fā)明強化傳熱作用顯著、流阻較小、成型簡單，具有較好的抗結(jié)垢作用，與現(xiàn)有強化換熱翅片/板片技術(shù)相比，本發(fā)明還具有加工制造成本低，適用性好等優(yōu)點。
文檔編號F28D9/00GK101424490SQ20081023993
公開日2009年5月6日 申請日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者孟繼安, 宋偉明, 李志信, 李曉偉 申請人:清華大學(xué)