一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法，該波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)包括多列換熱管和波紋翅片，波紋翅片為鋸齒形波紋板，相鄰兩列換熱管中的換熱管呈交錯布設(shè)；波紋翅片由多個波紋翅片單元組成，每個波紋翅片單元均包括兩個對稱布設(shè)的條形板；相鄰三個條形板組成一個供一列換熱管布設(shè)的換熱管布設(shè)板，換熱管外側(cè)均設(shè)置有強化換熱結(jié)構(gòu)；該設(shè)計方法包括步驟：一、波紋翅片尺寸參數(shù)確定；二、換熱管間距確定；三、強化換熱結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)確定。本發(fā)明設(shè)計合理、加工制作簡便且使用效果好，通過在波紋翅片上安裝換熱管，并在各換熱管外側(cè)設(shè)置強化換熱結(jié)構(gòu)，能有效提高換熱效率，能減小礦井空冷器體積，便于井下高溫作業(yè)地點安裝、布置。
【專利說明】
-種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)及其設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于熱交換技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)及 其設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著煤炭開采深度增加和機械化程度提高，礦井工作面高溫?zé)岷σ殉蔀橹?約深部開采的瓶頸之一，同時嚴重影響作業(yè)人員的生命安全和工作效率。礦井空調(diào)是治理 與控制高溫?zé)岷Φ闹饕侄?，作為末端設(shè)備的空冷器是礦井制冷降溫系統(tǒng)中最重要的換熱 部件，其流動與換熱特性對降溫系統(tǒng)運行效率和穩(wěn)定性均具有重要影響?？绽淦鲝V泛使用 的布置形式是管翅式，由于管外空氣自身熱物性限制，傳熱過程的熱阻主要集中在管外空 氣側(cè)。因此，通常在空氣側(cè)安裝翅片增大換熱面積，并布置附屬結(jié)構(gòu)來改善流動狀況和換熱 性能。
[0003] 常用的翅片主要有平直翅片、開縫翅片、百葉窗翅片和波紋翅片等，并且，在翅片 表面開設(shè)滿發(fā)生器也能實現(xiàn)強化換熱。2008年12月31日公開的公開號為CN101334245A的發(fā) 明專利申請文件中公開了一種側(cè)置縱向滿發(fā)生器的管翅式換熱器，該管翅式換熱器的每根 換熱管兩側(cè)設(shè)置=角翼形縱向滿發(fā)生器;2007年9月5日公開的公開號為CN100538247C的發(fā) 明專利申請文件中公開了一種換熱表面，該換熱表面是在平直翅片上布置Z字形狀的縱向 波紋;2009年2月4日公開的公開號為CN101358816B的發(fā)明專利申請文件中公開了一種換熱 管翅表面結(jié)構(gòu)，具體是在換熱管上套裝弧形圓肋結(jié)構(gòu)，并在平直翅片上開縫;2011年8月24 日公開的公開號為CN102162704B的發(fā)明專利申請文件中公開了一種福射型S角小翼管翅 強化換熱表面結(jié)構(gòu)，通過福射型布置的=角小翼強化換熱，并且=角小翼的攻角逐漸變化； 2013年9月11日公開的公開號為CN103298322A的發(fā)明專利申請文件中公開了一種具有強化 對流換熱能力的換熱表面結(jié)構(gòu)，布置有多組圓柱半球組合單元進行強化對流換熱;2002年1 月2日公開的公開號為CN1329708C的發(fā)明專利申請文件中公開了一種熱交換制冷劑過冷系 統(tǒng)，該系統(tǒng)在基片上布置=維翅片，其中=維翅片側(cè)面為直角梯形且上端面為矩形;2009年 7月15日公開的公開號為CN101482377A的發(fā)明專利申請文件中公開了一種組合式管翅強化 換熱表面結(jié)構(gòu)，在來流上游布置=角翼滿發(fā)生器，下游開設(shè)百葉窗形縫;2013年12月11日公 開的公開號為CN103438746B的發(fā)明專利申請文件中公開了一種用于余熱回收的楠圓管H型 翅片換熱器，該換熱器在楠圓管上套裝H型翅片，并對稱布置攻角遞減的=角翼滿發(fā)生器。 上述發(fā)明專利申請文件公開的換熱結(jié)構(gòu)大都是在平直翅片上布置=角翼縱向滿發(fā)生器并 實現(xiàn)換熱能力強化，平直翅片構(gòu)成的通道本身對空氣的擾動小，且容易積灰結(jié)垢，使得換熱 設(shè)備體積較大，難W應(yīng)用于煤礦井下高溫作業(yè)區(qū)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種礦井空冷 器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理且加工制作簡便、使用效果好，通過在波紋 翅片上安裝換熱管，并在各換熱管外側(cè)設(shè)置強化換熱結(jié)構(gòu)，能有效提高換熱效率，能減小礦 井空冷器體積，便于井下高溫作業(yè)地點安裝、布置。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種礦井空冷器用波紋翅片換 熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括多列換熱管和安裝在多列所述換熱管上的波紋翅片，所述波紋翅 片為銀齒形波紋板;多列所述換熱管呈均勻布設(shè)，每列所述換熱管均包括多根沿波紋翅片 的長度方向由前至后布設(shè)的換熱管，多根所述換熱管均布設(shè)在同一直線上，多根所述換熱 管的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同且其呈均勻布設(shè);相鄰兩列所述換熱管中的換熱管呈交錯布設(shè);所 述波紋翅片由多個沿氣流流向從后向前布設(shè)的波紋翅片單元組成，多個所述波紋翅片單元 的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同且其均布設(shè)在同一平面上;每個所述波紋翅片單元均包括兩個對稱布 設(shè)的條形板，兩個所述條形板分別為背風(fēng)側(cè)條形板和位于背風(fēng)側(cè)條形板前側(cè)的迎風(fēng)側(cè)條形 板;所述波紋翅片中的背風(fēng)側(cè)條形板和迎風(fēng)側(cè)條形板呈交錯布設(shè)；
[0006] 相鄰=個所述條形板組成一個供一列所述換熱管布設(shè)的換熱管布設(shè)板，所述換熱 管布設(shè)板中的=個所述條形板沿氣流流向從后向前分別為第一條形板、第二條形板和第= 條形板;所述換熱管布設(shè)在第一條形板和第二條形板上;每個所述換熱管的外側(cè)均設(shè)置有 強化換熱結(jié)構(gòu);所述強化換熱結(jié)構(gòu)包括兩個對稱布設(shè)在換熱管的流向中屯、線左右兩側(cè)的強 化換熱組件，所述流向中屯、線為沿氣流流向布設(shè)的換熱管的徑向中屯、線;每個所述強化換 熱組件均包括四個沿氣流流向從后向前布設(shè)的強化換熱件，四個所述強化換熱件距所述流 向中屯、線的間距由后向前逐漸縮小，且四個所述強化換熱件組成一個縱向滿流通道；四個 所述強化換熱件由后向前分別為第一矩形小翼、開縫組、第二矩形小翼和第=矩形小翼，所 述第一矩形小翼布設(shè)在所述第一條形板上，所述第二矩形小翼和所述開縫組均布設(shè)在所述 第二條形板上，所述第=矩形小翼布設(shè)在所述第=條形板上;所述開縫組包括多道布設(shè)在 所述第二條形板上的四邊形縫，多個所述四邊形縫的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同且其均呈平行布 設(shè)。
[0007] 上述一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征是:所述換熱管布設(shè)板為第一 換熱管布設(shè)板或第二換熱管布設(shè)板，所述第一換熱管布設(shè)板和所述第二換熱管布設(shè)板呈交 錯布設(shè);所述第一換熱管布設(shè)板中的所述第一條形板和所述第=條形板均為背風(fēng)側(cè)條形 板，且所述第一換熱管布設(shè)板中的所述第二條形板為迎風(fēng)側(cè)條形板;所述第二換熱管布設(shè) 板中的所述第一條形板和所述第=條形板均為迎風(fēng)側(cè)條形板，且所述第二換熱管布設(shè)板中 的所述第二條形板為背風(fēng)側(cè)條形板;所述背風(fēng)側(cè)條形板為沿氣流流向由后向前逐漸向下傾 斜的傾斜板，所述迎風(fēng)側(cè)條形板為沿氣流流向由后向前逐漸向上傾斜的傾斜板。
[000引上述一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征是:所述波紋翅片單元中兩個 所述條形板之間的夾角e = 150°~170°。
[0009] 上述一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征是:所述第一矩形小翼和第= 矩形小翼均為在所述條形板上沖出的矩形翼板，所述條形板上沖出第一矩形小翼和第=矩 形小翼后均形成矩形通孔，所述第二矩形小翼為焊接固定在所述第二條形板上的矩形翼 板。
[0010] 上述一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征是:所述第一矩形小翼和第= 矩形小翼的面積相同，所述第=矩形小翼的面積大于第二矩形小翼的面積。
[0011] 上述一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征是：多個所述四邊形縫均為矩 形或平行四邊形。
[0012] 上述一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征是:所述第二矩形小翼的攻角 曰2大于第一矩形小翼的攻角ai，第一矩形小翼的攻角ai大于第S矩形小翼的攻角03;其中，曰1 = 25° ~35°，日2 = 55° ~65°，日3 = 15° ~25° ;
[0013] 所述第二矩形小翼的傾角恥大于第一矩形小翼的傾角恥，第一矩形小翼的傾角q>i 大于第S矩形小翼的傾角斬;其中，和=55°~的U，q、=9(r，cp:'='1n。~。
[0014] 上述一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征是:所述換熱管的外徑與所述 波紋翅片單元的橫向?qū)挾萕相同，所述換熱管的外徑為6mm~9mm，每列所述換熱管中前后相 鄰兩個所述換熱管之間的間距L = 13mm~18mm;所述第一矩形小翼距所述流向中屯、線的距 離為5mm~6mm，所述第二矩形小翼與所述流向中屯、線的距離為1.8mm~3.8mm，所述第S矩 形小翼與所述流向中屯、線的距離為1.2mm~1.8mm。
[0015] 上述一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征是:所述四邊形縫沿所述條形 板的長度方向進行布設(shè)，且四邊形縫的相鄰兩條邊之間的夾角e = 55°~65°。
[0016] 同時，本發(fā)明還公開了一種方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)方便、使用效果好的波 紋翅片強化換熱表面結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，其特征在于，該方法包括W下步驟：
[0017] 步驟一、波紋翅片尺寸參數(shù)確定:根據(jù)所采用換熱管的外徑，對波紋翅片中所述波 紋翅片單元的橫向?qū)挾萕進行確定;并根據(jù)預(yù)先設(shè)計的換熱效率，對所述波紋翅片單元中兩 個所述條形板之間的夾角0進行確定，且預(yù)先設(shè)計的換熱效率越高，所述波紋翅片單元中兩 個所述條形板之間的夾角e越小;其中e = 150°~170%
[0018] 步驟二、換熱管間距確定:根據(jù)預(yù)先設(shè)計的換熱效率，并結(jié)合預(yù)先設(shè)計的換熱管數(shù) 量，對每列所述換熱管中前后相鄰兩個所述換熱管之間的間距L進行確定，且預(yù)先設(shè)計的換 熱效率越高，前后相鄰兩個所述換熱管之間的間距L越小;其中L=13mm~18mm;
[0019] 步驟=、強化換熱結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)確定：根據(jù)預(yù)先設(shè)計的換熱效率，對第一矩形小 翼、第二矩形小翼和第=矩形小翼的攻角、傾角和與所述流向中屯、線的距離分別進行確定， 并對所述開縫組中四邊形縫的數(shù)量與四邊形縫中相鄰兩條邊之間的夾角e分別進行確定； 其中，第一矩形小翼的攻角01 = 25°~35°且其傾角化三日日°~-6日°，所述第二矩形小翼的 攻角日2 = 55°~65°且其傾角9產(chǎn)90°，第^矩形小翼的攻角日3=15°~25°且其傾角 斬=45°~50°，所述第一矩形小翼與所述流向中屯、線的距離為5mm~6mm，所述第二矩形小 翼與所述流向中屯、線的距離為1.8mm~3.8mm，所述第S矩形小翼與所述流向中屯、線的距離 為 1.2mm~1. Smm;
[0020] 并且，預(yù)先設(shè)計的換熱效率越高，日1、化、日2、日3和恥的數(shù)值均越大，所述第一矩形 小翼、第二矩形小翼和第=矩形小翼與所述流向中屯、線的距離均越小，所述開縫組中四邊 形縫的數(shù)量越多且四邊形縫中相鄰兩條邊之間的夾角e越小。
[0021 ]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點：
[0022] 1、所采用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單且設(shè)計合理，投入成本較低。
[0023] 2、所采用的波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)加工制作簡便，該波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)中波紋翅片為 銀齒形波紋板，波紋翅片由多個沿氣流流向從后向前布設(shè)的波紋翅片單元組成，每個波紋 翅片單元均包括兩個對稱布設(shè)的條形板，相鄰=個條形板組成一個供一列所述換熱管布設(shè) 的換熱管布設(shè)板;并且，每個換熱管的外側(cè)均設(shè)置有強化換熱結(jié)構(gòu)。實際加工時，只需在預(yù) 先加工成型的波紋翅片上安裝換熱管，并在各換熱管外側(cè)設(shè)置強化換熱結(jié)構(gòu)即可。
[0024] 3、強化換熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、加工制作簡便且使用效果好，該強化換熱結(jié)構(gòu) 包括兩個對稱布設(shè)在換熱管的流向中屯、線左右兩側(cè)的強化換熱組件，流向中屯、線為沿氣流 流向布設(shè)的換熱管1的徑向中屯、線;每個強化換熱組件均包括四個沿氣流流向從后向前布 設(shè)的強化換熱件，四個強化換熱件距所述流向中屯、線的間距由后向前逐漸縮小，且四個強 化換熱件組成一個縱向滿流通道；四個強化換熱件由后向前分別為第一矩形小翼、開縫組、 第二矩形小翼和第=矩形小翼，并且四個強化換熱件的結(jié)構(gòu)尺寸、布設(shè)位置、傾斜角度等參 數(shù)均進行具體限定。實際使用過程中，當流體經(jīng)過波紋翅片表面時，強化換熱結(jié)構(gòu)中的各傾 斜矩形小翼(包括第一矩形小翼、第二矩形小翼和第=矩形小翼)與換熱管的壁面之間W及 相鄰兩個強化換熱結(jié)構(gòu)的傾斜矩形小翼之間形成的漸縮通道加速流體，高速沖擊和強烈旋 轉(zhuǎn)的二次流共同作用有效沖刷下游換熱管壁及其尾跡區(qū)，同時輔助開縫組W破壞邊界層， 增強了流體的擾動，提高了溫度場和速度場的協(xié)同性。
[0025] 另外，所采用強化換熱結(jié)構(gòu)中四個強化換熱件的四個強化換熱件的結(jié)構(gòu)尺寸、布 設(shè)位置、傾斜角度等參數(shù)調(diào)整簡便，加工方式靈活，能滿足不同換熱需求。
[0026] 4、所采用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，能有效減小換熱器體積，減少布設(shè)空間 對換熱器的限制。
[0027] 5、所采用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)使用效果好且實用價值高，利用下降流型傾斜矩形小 翼與換熱管的壁面W及相鄰兩個強化換熱結(jié)構(gòu)的傾斜矩形小翼之間形成的漸縮通道對下 游的換熱管壁及其尾跡區(qū)實現(xiàn)沖刷，波紋翅片構(gòu)成的通道自身能夠增強流體擾動，同時輔 助傾斜布設(shè)的開縫組W破壞邊界層，從而提高了礦井空冷器的換熱量，減少結(jié)垢，能夠在相 同壓降和累功條件下較大幅度地提高換熱量，有效減小礦井空冷器的體積，節(jié)省材料。綜 上，采用該波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)能同時實現(xiàn)強化換熱和減少結(jié)垢，能夠在相同的壓降和累功 條件下較大幅度地提高換熱性能，有效減小礦井空冷器的體積，便于井下高溫作業(yè)區(qū)域安 裝布置。并且，所采用的強化換熱結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，既能提高速度場和溫度場的協(xié)同性，又能 有效降低灰塵結(jié)垢;另外，第一矩形小翼和第=矩形小翼的材料取自翅片表面，節(jié)省了加工 所需原材料。
[0028] 實際使用時，本發(fā)明所采用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)一方面在換熱管壁面附近和管后尾 跡區(qū)布置傾斜矩形小翼，利用其間形成的漸縮通道加速流體，其高速沖擊和強烈旋轉(zhuǎn)的二 次流共同作用直接沖刷下游換熱管壁和尾跡區(qū)，后移了流動分離點，減小了換熱管后側(cè)的 尾跡區(qū)，增強了溫度場和速度場的協(xié)同性；另一方面波紋翅片構(gòu)成的流道W及翅片表面沖 出的開縫能增強流體擾動，破壞邊界層。此外，利用流經(jīng)漸縮通道的高速流體沖擊換熱管壁 及翅片表面，有效減少結(jié)垢。因而，采用該波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)能夠提高管翅式換熱器的換熱 量，減少結(jié)垢，同時能有效減小礦井空冷器的體積。
[0029] 6、所采用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法步驟簡單、設(shè)計合理且實現(xiàn)簡便、使用效 果好，設(shè)計好的波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)能滿足預(yù)先設(shè)計的換熱需求。
[0030] 7、所采用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)適用面廣且推廣應(yīng)用前景廣泛，不僅能用于礦井空冷 器的強化換熱結(jié)構(gòu)，也適用于礦井空氣壓縮制冷技術(shù)中蒸發(fā)器及冷凝器的強化換熱結(jié)構(gòu)。
[0031] 綜上所述，本發(fā)明設(shè)計合理、加工制作簡便且使用效果好，通過在波紋翅片上安裝 換熱管，并在各換熱管外側(cè)設(shè)置強化換熱結(jié)構(gòu)，能有效提高換熱效率，能減小礦井空冷器體 積，便于井下高溫作業(yè)地點安裝、布置，并且換熱通道流楊，不易積灰結(jié)垢。
[0032] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0033] 圖1為本發(fā)明波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034] 圖2為本發(fā)明波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)中強化換熱結(jié)構(gòu)的布設(shè)位置示意圖。
[0035] 圖3為本發(fā)明波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法流程框圖。
[0036] 圖4為本發(fā)明波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)與常規(guī)平直翅片換熱結(jié)構(gòu)和常規(guī)波紋翅片換熱結(jié) 構(gòu)在相同壓降條件下的強化換熱性能對比圖。
[0037] 圖5為本發(fā)明波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)與常規(guī)平直翅片換熱結(jié)構(gòu)和常規(guī)波紋翅片換熱結(jié) 構(gòu)在相同累功條件下的強化換熱性能對比圖。
[003引附圖標記說明：
[0039] 1-換熱管； 2-波紋翅片； 2-1-背風(fēng)側(cè)條形板；
[0040] 2-2-迎風(fēng)側(cè)條形板； 3-第一矩形小翼； 4-四邊形縫；
[0041] 5-第二矩形小翼； 6-第S矩形小翼。
【具體實施方式】
[0042] 如圖1、圖2所示的礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，包括多列換熱管1和安裝在多 列所述換熱管1上的波紋翅片2,所述波紋翅片2為銀齒形波紋板;多列所述換熱管1呈均勻 布設(shè)，每列所述換熱管1均包括多根沿波紋翅片2的長度方向由前至后布設(shè)的換熱管1，多根 所述換熱管1均布設(shè)在同一直線上，多根所述換熱管1的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同且其呈均勻布 設(shè);相鄰兩列所述換熱管1中的換熱管1呈交錯布設(shè);所述波紋翅片2由多個沿氣流流向從后 向前布設(shè)的波紋翅片單元組成，多個所述波紋翅片單元的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同且其均布設(shè)在 同一平面上;每個所述波紋翅片單元均包括兩個對稱布設(shè)的條形板，兩個所述條形板分別 為背風(fēng)側(cè)條形板2-1和位于背風(fēng)側(cè)條形板2-1前側(cè)的迎風(fēng)側(cè)條形板2-2;所述波紋翅片2中的 背風(fēng)側(cè)條形板2-1和迎風(fēng)側(cè)條形板2-2呈交錯布設(shè)；
[0043] 相鄰=個所述條形板組成一個供一列所述換熱管1布設(shè)的換熱管布設(shè)板，所述換 熱管布設(shè)板中的=個所述條形板沿氣流流向從后向前分別為第一條形板、第二條形板和第 =條形板;所述換熱管1布設(shè)在第一條形板1-1和第二條形板1-2上;每個所述換熱管1的外 側(cè)均設(shè)置有強化換熱結(jié)構(gòu);所述強化換熱結(jié)構(gòu)包括兩個對稱布設(shè)在換熱管1的流向中屯、線 左右兩側(cè)的強化換熱組件，所述流向中屯、線為沿氣流流向布設(shè)的換熱管1的徑向中屯、線;每 個所述強化換熱組件均包括四個沿氣流流向從后向前布設(shè)的強化換熱件，四個所述強化換 熱件距所述流向中屯、線的間距由后向前逐漸縮小，且四個所述強化換熱件組成一個縱向滿 流通道;四個所述強化換熱件由后向前分別為第一矩形小翼3、開縫組、第二矩形小翼5和第 =矩形小翼6,所述第一矩形小翼3布設(shè)在所述第一條形板上，所述第二矩形小翼5和所述開 縫組均布設(shè)在所述第二條形板上，所述第=矩形小翼6布設(shè)在所述第=條形板上;所述開縫 組包括多道布設(shè)在所述第二條形板上的四邊形縫4,多個所述四邊形縫4的結(jié)構(gòu)和尺寸均相 同且其均呈平行布設(shè)。
[0044] 本實施例中，所述換熱管布設(shè)板為第一換熱管布設(shè)板或第二換熱管布設(shè)板，所述 第一換熱管布設(shè)板和所述第二換熱管布設(shè)板呈交錯布設(shè);所述第一換熱管布設(shè)板中的所述 第一條形板和所述第=條形板均為背風(fēng)側(cè)條形板2-1，且所述第一換熱管布設(shè)板中的所述 第二條形板為迎風(fēng)側(cè)條形板2-2;所述第二換熱管布設(shè)板中的所述第一條形板和所述第= 條形板均為迎風(fēng)側(cè)條形板2-2,且所述第二換熱管布設(shè)板中的所述第二條形板為背風(fēng)側(cè)條 形板2-1;所述背風(fēng)側(cè)條形板2-1為沿氣流流向由后向前逐漸向下傾斜的傾斜板，所述迎風(fēng) 側(cè)條形板2-2為沿氣流流向由后向前逐漸向上傾斜的傾斜板。
[0045] 實際進行加工時，所述波紋翅片單元中兩個所述條形板之間的夾角0 = 150°~ 170。。
[0046] 本實施例中，所述第一矩形小翼3和第=矩形小翼6均為在所述條形板上沖出的矩 形翼板，所述條形板上沖出第一矩形小翼3和第=矩形小翼6后均形成矩形通孔，所述第二 矩形小翼5為焊接固定在所述第二條形板上的矩形翼板。
[0047] 本實施例中，所述第一矩形小翼3和第=矩形小翼6的面積相同，所述第=矩形小 翼6的面積大于第二矩形小翼5的面積。
[0048] 實際加工時，多個所述四邊形縫4均為矩形或平行四邊形。
[0049] 本實施例中，多個所述四邊形縫4均為平行四邊形。
[0050] 并且，所述四邊形縫4的長寬比為4.6。實際加工時，可根據(jù)具體需要，將四邊形縫4 的長寬比在4~5之間進行相應(yīng)調(diào)整。
[0051] 本實施例中，每個所述開縫組中所包括四邊形縫4的數(shù)量為3個，3個所述四邊形縫 4呈均勻布設(shè)。實際加工時，可根據(jù)具體需要，對每個所述開縫組中所包括四邊形縫4的數(shù)量 W及相鄰兩個所述四邊形縫4之間的布設(shè)間距分別進行調(diào)整。
[0052] 所述第二矩形小翼5的攻角02大于第一矩形小翼3的攻角ai，第一矩形小翼3的攻角 曰1大于第立矩形小翼6的攻角日3;其中，日1 = 25°~35°，日2 = 55°~65°，日3 = 15°~25。；
[0化3] 所述第二矩形小翼5的傾角f2大于第一矩形小翼3的傾角中1，第一矩形小翼3的傾 角和大于第S矩形小翼6的傾角恥;其中，取=55°~郵。，中/二90。，取3='15°~5円。。 [0化4]本實施例中，口1 = 30。，口2 = 60。，口3 = 20。，恥二60。，（|>:;=日0°。
[0化日]實際加工時，可根據(jù)具體需要，對〇1、〇2、〇3、恥和恥的取值大小進行相應(yīng)調(diào)整。
[0056] 本實施例中，所述第一矩形小翼3的長寬比為2.12,第二矩形小翼5的長寬比為 2.07,第S矩形小翼6的長寬比為2.05。
[0057] 實際加工時，可將第一矩形小翼3的長寬比在2.07~2.17之間進行相應(yīng)調(diào)整，并且 可將第二矩形小翼5的的長寬比2.02~2.12之間進行相應(yīng)調(diào)整，同時可將第=矩形小翼6的 長寬比在2~2.1之間進行相應(yīng)調(diào)整。
[005引實際布設(shè)安裝時，所述第一矩形小翼3、第二矩形小翼5和第=矩形小翼6與所述流 向中屯、線之間的夾角均為30°~50°，并且第一矩形小翼3、第二矩形小翼5和第S矩形小翼6 均由后向前逐漸向靠近所述流向中屯、線一側(cè)傾斜。
[0059]并且，所述換熱管1的外徑與所述波紋翅片單元的橫向?qū)挾萕相同，所述換熱管1的 外徑為6mm~9mm，每列所述換熱管1中前后相鄰兩個所述換熱管1之間的間距L= 13mm~ 18mm;所述第一矩形小翼3距所述流向中屯、線的距離為5mm~6mm，所述第二矩形小翼5與所 述流向中屯、線的距離為1.8mm~3.8mm，所述第蘭矩形小翼6與所述流向中屯、線的距離為 1.2mm~l .8mm〇
[0060] 本實施例中，所述第一矩形小翼3距所述流向中屯、線的距離為5.5mm，所述第二矩 形小翼5與所述流向中屯、線的距離為2.3mm，所述第S矩形小翼6與所述流向中屯、線的距離 為1.3mm。
[0061] 實際加工時，可根據(jù)具體需要，對換熱管1的外徑、每列所述換熱管1中前后相鄰兩 個所述換熱管1之間的間距L、第一矩形小翼3距所述流向中屯、線的距離、第二矩形小翼5與 所述流向中屯、線的距離和第=矩形小翼6與所述流向中屯、線的距離分別進行相應(yīng)調(diào)整。
[0062] 其中，第一矩形小翼3距所述流向中屯、線的距離為第一矩形小翼3的幾何中屯、點至 位于該第一矩形小翼3內(nèi)側(cè)的換熱管1的流向中屯、線的水平距離，第二矩形小翼5與所述流 向中屯、線的距離為第二矩形小翼5的幾何中屯、點至位于該第二矩形小翼5內(nèi)側(cè)的換熱管1的 流向中屯、線的水平距離，第=矩形小翼6與所述流向中屯、線的距離為第=矩形小翼6的幾何 中屯、點至位于該第S矩形小翼6內(nèi)側(cè)的換熱管1的流向中屯、線的水平距離。
[0063] 本實施例中，所述四邊形縫4沿所述條形板的長度方向進行布設(shè)，且四邊形縫4的 相鄰兩條邊之間的夾角e = 55°~65°。
[0064] 本實施例中，所述波紋翅片2由平直鋼板沖壓而成，所述換熱管1與波紋翅片2呈垂 直布設(shè)。
[0065] 如圖3所示的一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，包括W下步驟：
[0066] 步驟一、波紋翅片尺寸參數(shù)確定:根據(jù)所采用換熱管1的外徑，對波紋翅片2中所述 波紋翅片單元的橫向?qū)挾萕進行確定;并根據(jù)預(yù)先設(shè)計的換熱效率，對所述波紋翅片單元中 兩個所述條形板之間的夾角0進行確定，且預(yù)先設(shè)計的換熱效率越高，所述波紋翅片單元中 兩個所述條形板之間的夾角e越小;其中e = 150°~170%
[0067] 步驟二、換熱管間距確定:根據(jù)預(yù)先設(shè)計的換熱效率，并結(jié)合預(yù)先設(shè)計的換熱管1 數(shù)量，對每列所述換熱管1中前后相鄰兩個所述換熱管1之間的間距L進行確定，且預(yù)先設(shè)計 的換熱效率越高，前后相鄰兩個所述換熱管1之間的間距L越小;其中L=13mm~18mm;
[0068] 步驟=、強化換熱結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)確定:根據(jù)預(yù)先設(shè)計的換熱效率，對第一矩形小翼 3、第二矩形小翼5和第=矩形小翼6的攻角、傾角和與所述流向中屯、線的距離分別進行確 定，并對所述開縫組中四邊形縫4的數(shù)量與四邊形縫4中相鄰兩條邊之間的夾角0分別進行 確定;其中，第一矩形小翼3的攻角ai = 25°~35°且其傾角(P產(chǎn)日5°~所述第二矩形小 翼5的攻角日2 = 55°~65°且其傾角恥=撕°:,第；矩形小翼6的攻角日3 = 15°~25°且其傾角 9:產(chǎn)化D~5(r，所述第一矩形小翼3與所述流向中屯、線的距離為5mm~6mm，所述第二矩形 小翼5與所述流向中屯、線的距離為1.8mm~3.8mm，所述第S矩形小翼6與所述流向中屯、線的 距離為1.2mm~1.8mm;
[0069] 并且，預(yù)先設(shè)計的換熱效率越高，〇1、91、〇2、〇3和恥的數(shù)值均越大，所述第一矩形小 翼3、第二矩形小翼5和第=矩形小翼6與所述流向中屯、線的距離均越小，所述開縫組中四邊 形縫4的數(shù)量越多且四邊形縫4中相鄰兩條邊之間的夾角0越小。
[0070] 因而，實際設(shè)計之前，先根據(jù)預(yù)先設(shè)計的換熱效率，選擇換熱管1，并對換熱管1的 外徑和數(shù)量進行確定。其中，換熱效率為實際傳熱量與理想傳熱量之比，其中實際傳熱量為 波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)的實際傳熱量，理想傳熱量為波紋翅片溫度（即肋片溫度)均處于肋根溫 度下的傳熱量。其中，預(yù)先設(shè)計的換熱效率為60%~85%。換熱效率也稱為肋片效率，即肋 片的實際散熱量與其整個肋片都處于肋基溫度下的最大可能的散熱量之比。
[0071] 如圖4和圖5所示，圖4中橫坐標為入口風(fēng)速且縱坐標為相同壓降下的強化換熱指 標，圖5中橫坐標為入口風(fēng)速且縱坐標為相同累功下的強化換熱指標。從圖4可W看出，入口 風(fēng)速V為Im/s~5m/s條件下，與常規(guī)平直翅片換熱結(jié)構(gòu)和常規(guī)波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)相比，本發(fā) 明所采用的波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)在相同壓降時的換熱性能分別提高13%~45%和9%~ 13%，其中常規(guī)平直翅片換熱結(jié)構(gòu)由平直翅片和安裝在平直翅片上的換熱管組成，常規(guī)波 紋翅片換熱結(jié)構(gòu)由波紋翅片和安裝在波紋翅片上的換熱管組成。由圖5所示，與常規(guī)平直翅 片換熱結(jié)構(gòu)和常規(guī)波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)相比，入口風(fēng)速V為Im/s~5m/s條件下，本發(fā)明所采用 的波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)在相同累功時的換熱性能分別提高19%~55%和12%~17%。圖4和 圖5中j為傳熱因子，f為摩擦因子，jo為平直翅片換熱結(jié)構(gòu)的傳熱因子，fo為平直翅片換熱結(jié) 構(gòu)的摩擦因子。
[0072] W上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實質(zhì)對W上實施例所作的任何簡單修改、變更W及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括多列換熱管（1)和安裝在多 列所述換熱管（1)上的波紋翅片（2)，所述波紋翅片（2)為鋸齒形波紋板；多列所述換熱管 (1)呈均勻布設(shè)，每列所述換熱管（1)均包括多根沿波紋翅片(2)的長度方向由前至后布設(shè) 的換熱管（1)，多根所述換熱管（1)均布設(shè)在同一直線上，多根所述換熱管（1)的結(jié)構(gòu)和尺寸 均相同且其呈均勻布設(shè);相鄰兩列所述換熱管（1)中的換熱管（1)呈交錯布設(shè);所述波紋翅 片（2)由多個沿氣流流向從后向前布設(shè)的波紋翅片單元組成，多個所述波紋翅片單元的結(jié) 構(gòu)和尺寸均相同且其均布設(shè)在同一平面上;每個所述波紋翅片單元均包括兩個對稱布設(shè)的 條形板，兩個所述條形板分別為背風(fēng)側(cè)條形板(2-1)和位于背風(fēng)側(cè)條形板(2-1)前側(cè)的迎風(fēng) 側(cè)條形板(2-2);所述波紋翅片(2)中的背風(fēng)側(cè)條形板(2-1)和迎風(fēng)側(cè)條形板(2-2)呈交錯布 設(shè)； 相鄰三個所述條形板組成一個供一列所述換熱管（1)布設(shè)的換熱管布設(shè)板，所述換熱 管布設(shè)板中的三個所述條形板沿氣流流向從后向前分別為第一條形板、第二條形板和第三 條形板;所述換熱管（1)布設(shè)在第一條形板（1-1)和第二條形板（1-2)上;每個所述換熱管 (1)的外側(cè)均設(shè)置有強化換熱結(jié)構(gòu);所述強化換熱結(jié)構(gòu)包括兩個對稱布設(shè)在換熱管（1)的流 向中心線左右兩側(cè)的強化換熱組件，所述流向中心線為沿氣流流向布設(shè)的換熱管（1)的徑 向中心線;每個所述強化換熱組件均包括四個沿氣流流向從后向前布設(shè)的強化換熱件，四 個所述強化換熱件距所述流向中心線的間距由后向前逐漸縮小，且四個所述強化換熱件組 成一個縱向渦流通道；四個所述強化換熱件由后向前分別為第一矩形小翼(3)、開縫組、第 二矩形小翼(5)和第三矩形小翼(6)，所述第一矩形小翼(3)布設(shè)在所述第一條形板上，所述 第二矩形小翼(5)和所述開縫組均布設(shè)在所述第二條形板上，所述第三矩形小翼(6)布設(shè)在 所述第三條形板上;所述開縫組包括多道布設(shè)在所述第二條形板上的四邊形縫(4)，多個所 述四邊形縫(4)的結(jié)構(gòu)和尺寸均相同且其均呈平行布設(shè)。2. 按照權(quán)利要求1所述的一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述換熱 管布設(shè)板為第一換熱管布設(shè)板或第二換熱管布設(shè)板，所述第一換熱管布設(shè)板和所述第二換 熱管布設(shè)板呈交錯布設(shè);所述第一換熱管布設(shè)板中的所述第一條形板和所述第三條形板均 為背風(fēng)側(cè)條形板(2-1)，且所述第一換熱管布設(shè)板中的所述第二條形板為迎風(fēng)側(cè)條形板(2-2);所述第二換熱管布設(shè)板中的所述第一條形板和所述第三條形板均為迎風(fēng)側(cè)條形板(2-2)，且所述第二換熱管布設(shè)板中的所述第二條形板為背風(fēng)側(cè)條形板(2-1);所述背風(fēng)側(cè)條形 板(2-1)為沿氣流流向由后向前逐漸向下傾斜的傾斜板，所述迎風(fēng)側(cè)條形板(2-2)為沿氣流 流向由后向前逐漸向上傾斜的傾斜板。3. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 波紋翅片單元中兩個所述條形板之間的夾角9 = 150°~170°。4. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 第一矩形小翼(3)和第三矩形小翼(6)均為在所述條形板上沖出的矩形翼板，所述條形板上 沖出第一矩形小翼(3)和第三矩形小翼(6)后均形成矩形通孔，所述第二矩形小翼(5)為焊 接固定在所述第二條形板上的矩形翼板。5. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 第一矩形小翼（3)和第三矩形小翼(6)的面積相同，所述第三矩形小翼(6)的面積大于第二 矩形小翼(5)的面積。6. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征在于：多個 所述四邊形縫(4)均為矩形或平行四邊形。7. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 第二矩形小翼(5)的攻角a2大于第一矩形小翼(3)的攻角 ai，第一矩形小翼(3)的攻角ai大于 第三矩形小翼（6)的攻角a3;其中， ai = 25°~35°，a2 = 55°~65°，a3=15°~25° ; 所述第二矩形小翼(5)的傾角92大于第一矩形小翼(3)的傾角卟，第一矩形小翼(3)的傾角 妒大于第三矩形小翼(6)的傾角恥;其中，cpf.W~陽°，私=90°，93=45"~553。8. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 換熱管（1)的外徑與所述波紋翅片單元的橫向?qū)挾萕相同，所述換熱管（1)的外徑為6mm~ 9mm，每列所述換熱管（1)中前后相鄰兩個所述換熱管（1)之間的間距L = 13mm~18mm;所述 第一矩形小翼(3)距所述流向中心線的距離為5mm~6mm，所述第二矩形小翼(5)與所述流向 中心線的距離為1.8mm~3.8mm，所述第三矩形小翼(6)與所述流向中心線的距離為1.2mm~ 1.8mm〇9. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種礦井空冷器用波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述 四邊形縫(4)沿所述條形板的長度方向進行布設(shè)，且四邊形縫(4)的相鄰兩條邊之間的夾角 0 = 55° ~65°。10. -種對權(quán)利要求8所述波紋翅片換熱結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的方法，其特征在于，該方法包 括以下步驟： 步驟一、波紋翅片尺寸參數(shù)確定:根據(jù)所采用換熱管（1)的外徑，對波紋翅片（2)中所述 波紋翅片單元的橫向?qū)挾萕進行確定;并根據(jù)預(yù)先設(shè)計的換熱效率，對所述波紋翅片單元中 兩個所述條形板之間的夾角9進行確定，且預(yù)先設(shè)計的換熱效率越高，所述波紋翅片單元中 兩個所述條形板之間的夾角9越小;其中9 = 150°~170° ; 步驟二、換熱管間距確定:根據(jù)預(yù)先設(shè)計的換熱效率，并結(jié)合預(yù)先設(shè)計的換熱管（1)數(shù) 量，對每列所述換熱管（1)中前后相鄰兩個所述換熱管（1)之間的間距L進行確定，且預(yù)先設(shè) 計的換熱效率越高，前后相鄰兩個所述換熱管（1)之間的間距L越小;其中L = 13_~18_; 步驟三、強化換熱結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)確定:根據(jù)預(yù)先設(shè)計的換熱效率，對第一矩形小翼(3)、 第二矩形小翼(5)和第三矩形小翼(6)的攻角、傾角和與所述流向中心線的距離分別進行確 定，并對所述開縫組中四邊形縫(4)的數(shù)量與四邊形縫(4)中相鄰兩條邊之間的夾角0分別 進行確定;其中，第一矩形小翼(3)的攻角 ai = 25°~35°且其傾角cp尸55°~65°，所述第二 矩形小翼(5)的攻角a2 = 55°~65°且其傾角(p::=90°,第三矩形小翼(6)的攻角a3 = 15°~25° 且其傾角93=45°~50°,所述第一矩形小翼(3)與所述流向中心線的距離為5mm~6mm，所 述第二矩形小翼(5)與所述流向中心線的距離為1.8mm~3.8mm，所述第三矩形小翼(6)與所 述流向中心線的距離為1.2mm~1.8mm; 并且，預(yù)先設(shè)計的換熱效率越高，cn、卟、a2、a3和奶的數(shù)值均越大，所述第一矩形小翼 (3)、第二矩形小翼(5)和第三矩形小翼(6)與所述流向中心線的距離均越小，所述開縫組中 四邊形縫(4)的數(shù)量越多且四邊形縫(4)中相鄰兩條邊之間的夾角0越小。
【文檔編號】F28F1/32GK106052462SQ201610475214
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】張京兆
【申請人】西安科技大學(xué)