[0017] H是以相邻管壁相对的面之间的距离,W是以等腰三角形底边的中点在等边三角形上的点在平行于管壁方向延伸到等边三角形相邻边的距离,L为等腰三角形的顶点到底边中点的距离。
[0018] 作为优选, c1=0.195,c2=0.65, c3=0.475,c4=0.35,c5=9。
[0019] 作为优选,所述倾斜部分为多个,所述向同一方向延伸的倾斜部分互相平行。
[0020] 作为优选,所述的突起与流体的流动方向所形成的夹角为锐角。
[0021] 作为优选,所述突起的延伸方向与流体的流动方向的夹角为a,同一个倾斜部分设置多个突起,沿着流体的流动方向,所述的夹角a越来越小。
[0022] 作为优选,同一个倾斜部分设置多个突起,多个突起交错从倾斜部分两侧向外延伸。
[0023] 作为优选,所述突起延伸的长度为L,同一个倾斜部分设置多个突起,沿着流体的流动方向,所述的长度L越来越大。
[0024] 作为优选,所述突起为等腰三角形,所述等腰三角形的底边设置在倾斜部分上,作为优选,底边与倾斜部分的倾斜角度相同,所述等腰三角形的顶角为b,同一个倾斜部分设置多个突起,沿着流体的流动方向,所述的顶角b越来越大。
[0025] 作为优选,所述突起为等腰三角形,所述等腰三角形的底边设置在倾斜部分上,作为优选,底边与倾斜部分的倾斜角度相同,所述等腰三角形的底边为S1,同一个倾斜部分设置多个突起,沿着流体的流动方向,所述的S1越来越小。
[0026] 与现有技术相比较,本发明的板式换热器及其换热管壁具有如下的优点:
[0027] 1)本发明通过在热管中设置冲压的突起的板翅散热片,解决了含有不凝气体或两相流的换热效率低的问题,大大的节约了能源,克服了热管换热系统效率低的问题。
[0028] 2)本发明通过外部翅片规律性的变化,使得整体上热管散热均匀,避免热管局部温度过热,造成散热效果过差,延长热管寿命。
[0029] 3)冲压“突起”形成的小孔,借助“突起”下游压力场的影响,可实现翅片两侧介质的压力及质量交换,对粘性底层和液膜的稳定性造成破坏,强化换热;
[0030] 4)通过大量的实验,确定了最佳的热管的结构尺寸;
[0031] 5)通过设计相邻的管壁的距离为H,等腰三角形底边的长度为h,相邻的倾斜部分的距离为w,等腰三角形的顶角为b, 所述突起的延伸方向与流体的流动方向的夹角为a等参数沿着流体流动方向的变化,提高了换热效率或者降低流体压力。
附图说明
[0032] 图1是本发明热管的结构示意图;
[0033] 图2是本发明热管蒸发端或冷凝端横截面结构示意图;
[0034] 图3是本发明外部设置翅片热管蒸发端或冷凝端横截面的结构示意图;
[0035] 图4是本发明一个热管内翅片横切面的结构示意图;
[0036] 图5是本发明外部设置翅片热管蒸发端或冷凝端横截面的改进结构示意图;
[0037] 图6是本发明设置突起结构倾斜部分平面的示意图;
[0038] 图7是本发明设置突起结构倾斜部分平面的另一个示意图;
[0039] 图8是本发明的三角形突起结构示意图;
[0040] 图9是本发明三角形突起流道中的切面结构示意图;
[0041] 图10本发明突起向倾斜部分两侧延伸的结构示意图。
[0042] 附图标记如下:
[0043] 1热管,2流体通道,3管壁,4倾斜部分,5顶点,6突起,7翅片,8蒸发段,9绝热段,10冷凝段,11外部翅片。
具体实施方式
[0044] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0045] 本文中,如果没有特殊说明,涉及公式的,“/”表示除法,“×”、“*”表示乘法。
[0046] 如图1所示,一种热管1,包括蒸发端8、冷凝端10,优选还包括绝热端9,蒸发端8吸热,热管中密封的流体蒸发,然后流体进入冷凝端10,经热量通过冷凝端传递给外部,然后换热后的流体成为液体,再流到蒸发端8。
[0047] 如图2所示,所述热管1包括扁平管,所述扁平管包括互相平行的管壁3,所述相邻的管壁3之间形成流体通道2。在扁平管1内部设置翅片7,优选在热管1的蒸发端8和/或冷凝端10中设置翅片7。所述翅片7包括与管壁3倾斜的倾斜部分4,所述的翅片为三角型翅片,所述的倾斜部分4与上下管壁连接,相邻的倾斜部分4以及管壁之间构成三角形;在倾斜部分4上通过冲压方式加工突起6,从而使倾斜部分4两侧的流体通过倾斜部分4上通过冲压方式形成的孔连通;所述突起6从倾斜部分4向外延伸。
[0048] 所述扁平管可以是一体化制造的,也可以是分体制造。
[0049] 作为优选,向同一方向延伸倾斜部分4互相平行。
[0050] 通过设置突起6,具有如下的优点:
[0051] 1)一方面可以破坏层流底层,没有损失换热面积,而且“尖”和“孔”可以分别在不同高度上扰动流体,强化换热;
[0052] 2)冲压突起形成的小孔,借助突起下游压力场的影响,可实现翅片两侧介质的压力及质量交换,对粘性底层和液膜的稳定性造成破坏,强化换热。
[0053] 3)针对含有不凝气体的流体或者两相流体,能够借助“突起”实现扩大气液界面以及气相边界层与冷却壁面的接触面积并增强扰动。
[0054] 在蒸发端8和/或冷凝端内采取上述措施,能够极大的提高了流体的换热效率。与正常的流体换热相比,能够提高15-25%的换热效率。
[0055] 作为优选,所述的突起6与流体的流动方向所形成的夹角为锐角,需要说明的是,此处以及后面所提及的流体的流动方向是指流体从蒸发端向冷凝端的流动方向。
[0056] 作为优选,所述倾斜部分顶点5为平面,所述相邻的两个倾斜部分的定点5相连,所述顶点5与管壁3相连。因为设置定点5为平面,因此使得倾斜部分4与管壁接触面积大,从而使得管壁和倾斜部分更充分更好的接触。使得安装更加容易,避免滑动。
[0057] 作为优选,相邻的倾斜部分4以及管壁之间构成三角形中,倾斜部分4相对的内表面形成三角形的顶点,所述三角形的顶点位于管壁上。
[0058] 图6中流体的流动方向是从左往右。但此处的左右只是说明流体沿着突起的流动方向,并不表示实际一定左右流动。
[0059] 如图9所示,所述突起6的延伸方向与流体的流动方向的夹角为a,如图6所示,沿着流体的流动方向,同一个倾斜部分4设置多个突起6,沿着流体的流动方向,所述的夹角a越来越大。
[0060] 通过实验发现,通过夹角a的逐渐变大,与夹角a完全相同相比,可以实现更高的换热效率,能够大约提高10%左右的换热效率。
[0061] 作为优选,沿着混合物的流动方向,夹角a变大的幅度越来越小。通过实验发现,变化夹角a的变大的幅度,可以保证换热效率的情况下,进一步降低流动阻力,能够大约降低5%左右的流动阻力。
[0062] 作为优选,所述突起6延伸的长度为L,沿着流体的流动方向,同一个倾斜部分4设置多个突起6,沿着流体的流动方向,所述的长度L越来越大。通过实验发现,通过长度L的逐渐变大,与长度L完全相同相比,可以实现更高的换热效率,能够大约提高9%左右的换热效率。
[0063] 作为优选,沿着流体的流动方向,长度L变大的幅度越来越小。通过实验发现,长度L的变大的幅度越来越小,可以保证换热效率的情况下,进一步降低流动阻力,能够大约降低5%左右的流动阻力。
[0064] 作为优选,所述突起6为等腰三角形,所述等腰三角形的底边设置在倾斜部分4上,作为优选,底边与倾斜部分的倾斜角度相同,所述等腰三角形的顶角为b,沿着流体的流动方向,同一个倾斜部分4设置多个突起6,沿着流体的流动方向,在底边长度保持不变的情况下,所述的突起顶角b越来越小。通过实验发现,通过突起顶角b的逐渐变小,与顶角b完全相同相比,可以实现更高的换热效率,能够大约提高7%左右的换热效率。
[0065] 作为优选,沿着流体的流动方向,顶角b变小的幅度越来越小。通过实验发现,顶角b变小的幅度越来越小,可以保证换热效率的情况下,进一步降低流动阻力,能够大约降低4%左右的流动阻力。
[0066] 作为优选,所述突起6为等腰三角形,所述等腰三角形的底边设置在倾斜部分上,作为优选,底边与倾斜部分的倾斜角度相同,所述等腰三角形的底边长度为h,沿着流体的流动方向,同一个倾斜部分4设置多个突起6,沿着流体的流动方向,同一个倾斜部分4设置多个突起,在顶角保持不变的情况下,沿着流体的流动方向,所述的h越来越大。通过实验发现,通过h的逐渐变大,与h完全相同相比,可以实现更高的换热效率,能够大约提高7%左右的换热效率。
[0067] 作为优选,沿着流体的流动方向,h变大的幅度越来越小。通过实验发现,h变大的幅度越来越小,可以保证换热效率的情况下,进一步降低流动阻力,能够大约降低5%左右的流动阻力。
[0068] 作为优选,沿着流体的流动方向,同一倾斜部分设置多排突起6,如图6和7所示,每排突起之间的距离为S2,沿着流体的流动方向,所述的S2越来越大。之所以如此设置,主要目的是通过S2的变大,实现在保证换热效率的情况下,进一步降低流动阻力。通过实验发现,流动阻力降低10%左右。
[0069] 所述S2是以相邻排的突起的底边为计算距离的。
[0070] 作为优选,如图7所示,多排突起6为错列结构。图7中流体是从上往下流动。但此处的上下只是说明流体沿着突起的流动方向,并不表示实际一定上下流动。
[0071] 在实验中发现,相邻管壁3的距离不能过大,过大会导致换热效率的降低,过小会导致流动阻力过大,同理,对于等腰三角形的底边长度、顶角、突起、翅片倾斜部分的距离与流体流动方向的夹角都不能过大或者过小,过大或过小都会导致换热效率的降低或者流动阻力的变大,因此在相邻管壁3的距离、等腰三角形的底边长度、顶角、突起、翅片倾斜部分与流体流动方向的夹角之间满足一个最优化的尺寸关系。
[0072] 因此,本发明是通过多个不同尺寸的换热器的上千次数值模拟以及试验数据,在满足工业要求承压情况下(10MPa以下),在实现最大换热量的情况下,总结出的最佳的换热管壁的尺寸优化关系。
[0073] 所述相邻的倾斜部分以及管壁3(即底边)之间构成三角形是等边三角形,所述突起为等腰三角形,所述等腰三角形的底边设置在倾斜部分上,作为优选,底边与倾斜部分的倾斜角度相同,相邻的管壁的距离为H,等腰三角形底边的长度为h,满足如下关系:
[0074] c5*h/H=c1*Ln(L*sin(a)/w)+c2,其中0.19< c1<0.20, 0.64
[0075] sin(b/2)=c3-c4*Ln(sin(a)),其中=0.47< c3<0.48, 0.34