[發明專利]一種減弱管道截面熱分層的強化傳熱裝置

在審

• 申請號: 202010179796.7
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111397426A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 張小兵;謝鵬勇
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: F28F1/40
• 分類號: F28F1/40;F28F13/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張祥

本發明公開了一種減弱管道截面熱分層的強化傳熱裝置，管道內的冷卻通道的內壁上設置有若干按照一定順序和間隔組合的相同的翅片和凸面渦流發生器，翅片和凸面渦流發生器包括在管道的底面上設置的多個凸面結構和在兩個側面、頂面上設置的多個翅片結構，設置有翅片和凸面渦流發生器的部分為流動擾動區，其前后部分為流動發展區，冷卻流體經過流動發展區，進入流動擾動區，當流體通過翅片結構和凸面結構時會發生強烈的橫向和縱向擾動，形成二次流，促進了冷熱流體的熱交換，最終較好的解決熱分層問題。

技術領域

本發明屬于換熱器技術領域，具體涉及一種減弱管道截面熱分層的強化傳熱裝置。

背景技術

飛行器飛行速度越來越高,尤其是在超音速和高超音速飛行下,發動機燃燒室室壁遭受了極高的熱流密度和溫度。冷卻的問題是發動機面臨的一個關鍵問題，這限制了發動機的性能。發動機壁面是單面受熱，冷卻單元為單面受熱的矩形結構，面臨著嚴重的熱分布不均勻問題，極高的不均勻度分布嚴重制約著該發動機燃燒室壁的冷卻性能。

發動機燃燒室壁面的冷卻通道通常是微小的矩形通道，傳統的通道結構為矩形的光滑通道，由于矩形通道的單側受熱問題，且壁面冷卻通道尺寸非常小達到毫米級，在橫截面會形成嚴重的熱分層問題，加快流速和增加熱壁面擾動能夠有效解決換熱能力低的問題，但是不能很好解決熱分層問題。而熱分層往往是冷卻性能評價的一個關鍵性問題，它能夠帶來局部傳熱惡化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種增強換熱能力并能夠減弱管道截面熱分層的強化傳熱裝置。

本發明所采用的技術方案是：一種減弱管道截面熱分層的強化傳熱裝置，包括在管道的底面、頂面和兩個側面中的一個面上設置的至少一個凸面結構和在剩下三個面的每個面上設置的至少一個翅片結構。

進一步地，所述凸面結構設置在管道的底面。

進一步地，每個面上的凸面結構和翅片結構均為多個，且數量相同。

進一步地，所述凸面結構為圓弧凸面。

進一步地，所述翅片結構為長方體形。

進一步地，所述圓弧凸面的高度為H，H為管道當量直徑的10％，所述圓弧凸面在底面的投影的半徑為r，且H/2r的值為0.2。

進一步地，所述長方體形在流動方向的厚度為0.2mm，底面寬度為0.5mm，高度為h，h為管道當量直徑的10％。

進一步地，每個面上的凸面結構和翅片結構均為等間距排列。

進一步地，所述間距與管道的當量直徑相等。

進一步地，所述管道的截面為矩形。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明采用翅片與凸面相結合的復合式冷卻結構，由于翅片傳熱效率遠遠大于冷卻劑，因此可以快速地將熱量傳遞到中心的冷流體，使得中心冷流體能與熱壁面進行快速的熱交換，同時側壁面上的翅片結構使得流體流動產生橫向的擾動即橫向擾動，由于翅片位于側壁面，高度方向為橫向，因此當流體流過翅片結構時會形成橫向的流動擾動，即擾動方向垂直于側壁面，凸面結構形成的為垂直于底面的縱向的流動擾動，兩個方向的流動擾動相互影響，共同作用促進冷熱流體以及熱壁面間的熱交換，從而提高換熱能力，并且該結構能夠有效減低截面溫度不均勻分布，因此可以減弱管道截面熱分層。

除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明

圖1是本發明減弱管道截面熱分層的強化傳熱裝置的縱向剖面圖。

圖2是本發明減弱管道截面熱分層的強化傳熱裝置的橫向剖面圖。