[實(shí)用新型]強(qiáng)化換熱裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200720173222.9
• 申請(qǐng)日: 2007-09-19
• 公開（公告）號(hào): CN201093913Y
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇生;劉建軍;安柏濤;胡捷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): F28F1/40
• 分類號(hào): F28F1/40;F28F3/02
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 周國(guó)城

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種內(nèi)部帶有周期性交替大小肋片的強(qiáng)化換熱裝置，其結(jié)構(gòu)為在每?jī)蓚€(gè)大肋片之間安置一個(gè)小肋片，小肋片的位置位于兩大肋片之間靠近下游大肋片處。

背景技術(shù)

肋片被普遍應(yīng)用于內(nèi)部強(qiáng)化換熱通道中，通過在換熱表面安置肋片的方式可以增大換熱面積并起到擾流作用，最終使換熱效果得到強(qiáng)化。內(nèi)部帶肋通道應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)工作葉片的換熱中時(shí)，通常采用周期性布置的與氣流流動(dòng)方向成一定角度的直肋片(截面可以為矩形、三角形及圓形)，因?yàn)檫@種形式的帶肋通道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工制造，而且具有較好的強(qiáng)化換熱效果。相比之下，還有不少新型的肋片結(jié)構(gòu)也具有不錯(cuò)的強(qiáng)化換熱效果，如各種形狀的離散肋等，但采用這些肋片時(shí)，葉片結(jié)構(gòu)會(huì)相對(duì)復(fù)雜，不易制造。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種強(qiáng)化換熱裝置，其是具有良好強(qiáng)化換熱性能的內(nèi)部帶肋通道，這種通道在換熱能力及流動(dòng)阻力方面均優(yōu)于內(nèi)部采用周期性的單一肋片的通道，而且該通道易于制造。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是：

一種強(qiáng)化換熱裝置，用于流體對(duì)流換熱；其在內(nèi)部帶有周期性肋片的通道中，于原兩肋片之間設(shè)置一高度小于原肋片的小肋片，在主要換熱壁面上形成一周期性交替的大小肋片結(jié)構(gòu)。

所述的強(qiáng)化換熱裝置，其大、小肋片的軸方向一致，相互平行；小肋片的高度為大肋片的0.3～0.5倍之間。

所述的強(qiáng)化換熱裝置，其所述小肋片位于兩大肋片之間靠近下游大肋片處，如約定相鄰大肋片之間的間距為p時(shí)，則小肋片布置在大肋片下游0.6p～0.8p之間的位置。

本實(shí)用新型的有益效果是，在采用綜合換熱評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之中，本實(shí)用新型的交替大小肋片結(jié)構(gòu)的綜合換熱性能明顯優(yōu)于單一大肋片結(jié)構(gòu)。另外，制造交替大小肋片結(jié)構(gòu)的工藝簡(jiǎn)單，難度較低，與單一大肋片結(jié)構(gòu)相當(dāng)，均易于制造。

附圖說(shuō)明

圖1是采用單一尺寸肋片的帶肋通道的換熱壁面示意圖；

圖2是氣流在肋片擾流作用下的流動(dòng)示意圖；

圖3是本實(shí)用新型：交替大小肋片換熱結(jié)構(gòu)圖；

圖4是帶有單一大肋片通道壁面的換熱系數(shù)分布圖；

圖5是采用交替大小肋片通道壁面的換熱系數(shù)分布圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型強(qiáng)化換熱裝置，采用內(nèi)部交替大小肋片結(jié)構(gòu)。在周期性布置的大肋片通道中，大肋片高度e在0.05D～0.1D之間，肋片間距p與肋片高度e之比在7～15之間，D為通道水力直徑。在大肋片通道的基礎(chǔ)之上，在每?jī)蓚€(gè)大肋片之間布置小肋片，小肋片的高度在0.3e～0.5e之間，小肋片位于兩大肋片之間靠近下游大肋片一端，與下游大肋片的距離在0.2p～0.4p之間。

在采用單一大肋片的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)氣流流過肋片時(shí)，在肋片上、下游都會(huì)產(chǎn)生回流(前臺(tái)階回流與后臺(tái)階回流，如圖2所示)，在肋片下游的后臺(tái)階回流之后氣流會(huì)再附著，再附著時(shí)對(duì)壁面形成的沖擊區(qū)域的換熱系數(shù)很高(如圖4所示，其中A為沖擊產(chǎn)生的高換熱系數(shù)區(qū)域)，而這個(gè)高換熱系數(shù)區(qū)域一直延伸到緊鄰的下一個(gè)肋片的前臺(tái)階回流位置的上游附近，有回流區(qū)域的換熱系數(shù)較低。加入小肋片之后，大肋片前臺(tái)階回流區(qū)域的換熱能力得到了改善(如圖5所示，其中B、C為沖擊產(chǎn)生的高換熱系數(shù)區(qū)域)，小肋片在增大帶肋通道有效換熱面積的同時(shí)，對(duì)于氣流流過下游大肋片起到一個(gè)過渡的作用，使氣流在整個(gè)通道中的流動(dòng)阻力有所減小。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明：

圖1內(nèi)部帶有單一尺寸肋片的通道中，典型的肋片高度在0.05D～0.1D之間，p/e在7～15之間。

圖2中在肋片上游形成前臺(tái)階回流，此區(qū)域具有較低的換熱系數(shù)，氣流沖擊到肋片前緣時(shí)有較大的壓力損失。

圖3中在p2/p1為0.6～0.8之間的位置，即大肋片前臺(tái)階回流區(qū)域附近，加入小肋片(小肋片的高度為大肋片的0.3～0.5倍之間)。

圖4、圖5是某一雷諾數(shù)條件下通道壁面換熱系數(shù)分布，兩圖采用的數(shù)值范圍相同，可以看出，采用大小肋片結(jié)構(gòu)之后，大肋片前臺(tái)階回流區(qū)域的換熱能力有所增強(qiáng)，不但保持了大肋片下游由氣流再附著時(shí)沖擊壁面形成的高換熱系數(shù)區(qū)域，而且在原本換熱系數(shù)較低的大肋片前臺(tái)階回流區(qū)域出現(xiàn)了高換熱系數(shù)的C區(qū)域。此外，在流動(dòng)上，小肋片起到引導(dǎo)、過渡的作用，使流動(dòng)阻力有所減小。

根據(jù)綜合強(qiáng)化換熱評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)η＝(Nu/Nu_s)/(C_f/Cf_s)^1/3，本實(shí)用新型的交替大小肋片結(jié)構(gòu)使通道的換熱性能得到了改善。

本實(shí)用新型不局限于上述方腔通道強(qiáng)化換熱壁面，同樣適用于圓管、板式或其他形狀的強(qiáng)化換熱壁面，只要在周期性的肋片之間周期性的安置小肋片，均屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求保護(hù)的范圍。