專利名稱：一種利用沖孔射流提高渦發生器強化換熱效果的方法
技術領域：
本發明屬于強化換熱技術領域，特別涉及一種利用沖孔射流提高渦發生器強化換熱的效果方法。具體說是在渦發生器迎風面上適當位置沖孔，引導渦發生器迎風面流體穿過孔洞，沖刷渦發生器背風面的滯止區(流動死區，同時也是傳熱弱區)，提高該區平均流速和動能，消除傳熱弱區，進一步提高渦發生器強化換熱效果和和流動減阻的效能；同時由于沖孔減少了渦發生器迎風面積，射流提高了背風面的流體流速和動能，縮小了流動分離區范圍，使得渦發生器形狀阻力(又稱壓差阻力)減少，從而降低了流動損失。
背景技術：
利用潤發生器(Vortex Generator,以下簡稱VG)誘導潤旋強化換熱是一種被動的、有目的的依靠產生二次流來減薄或破壞邊界層或層流底層強化傳熱的方法，因其經濟實用在強化氣-液或氣-氣(汽)熱交換設備氣側換熱方面受到越來越多的關注。由于縱向渦旋在強化傳熱方面的積極效果，縱向渦發生器成為人們研究的焦點。主要以翼型、柱型縱向渦發生器為主。翼型渦發生器如三角翼、矩形翼、梯形翼、柱面翼在端部產生較強的縱向渦旋；柱型渦發生器(如方柱、圓柱、橢圓柱)還在根部產生較強的馬蹄渦系，進而強化與壁面的對流換熱。無論是翼型還是柱型渦發生器，由于其對流體的阻擋作用，在強化傳熱的同時也增加了流動阻力，并且在其尾(后)部由于流動分離存在一小段低速流動區域，又稱滯止區或流動死區，該區由于流速較低，換熱效果差，屬于傳熱弱區，從而對利用渦發生器強化換熱效果有負面影響。本發明提出的在渦發生器迎風面上適當位置沖孔引入射流的方法解決了這一問題，有力地消除了翼(柱)后死區，對于提高渦發生器強化傳熱效果有積極的作用；由于沖孔減少了渦發生器迎風面積和流動分離區范圍，降低了渦發生器形狀阻力，從而減小流動損失，對于提高換熱器效能、節能節材有重要的意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用沖孔射流提高渦發生器強化換熱效果的方法，其特征在于，在渦發生器迎風面適當位置沖孔，引導渦發生器迎風面前相對于背風面的較高流速流體穿過孔洞，沖刷渦發生器背風面的流動滯止區，提高該區平均流速和動能，消除該傳熱弱區，進而提高渦發生器強化換熱及流動減阻效果和換熱器效能；由于沖孔減少了渦發生器迎風面積和流動分離區范圍，降低了渦發生器形狀阻力，從而減小流動損失。所述沖孔的形狀不限于圓孔，以便于加工為宜；其沖孔數量為一個以上，沖孔總面積為渦發生器迎流面積的0. I至0. 5倍，具體依渦發生器迎流面積和流動狀態而定，小雷諾數工況為大孔，大雷諾數工況為較小的孔，其效果好。所述在渦發生器迎風面適當位置沖孔與渦發生器形式和安裝方式有關，在高度方向上，沖孔的中心位于渦發生器高度中心線稍下位置，旨在流體穿過孔洞沖刷翼或柱背風面死區的同時不對渦發生器頂部誘發的縱向渦產生干擾影響；水平方向上，依渦發生器形式和安裝方式而定，對于以45°攻角布置的矩形翼，孔洞中心在渦發生器水平居中位置；對于梯形翼或三角翼，靠近其較高立邊一側位置，因為翼背風面死區存在于此位置，而在較低立邊側存在較強的端部縱向渦，并且渦的位置較低，能夠沖刷靠近壁面流體；對于柱型渦發生器，在類似位置沖孔。所述渦發生器形式為三角翼、矩形翼、梯形翼、柱面翼、方柱、圓柱或橢圓柱中的一種。本發明的有益效果是本發明的利用沖孔射流提高渦發生器強化換熱和流動減阻效果的方法，使得渦發生器前較高流速流體穿過沖開的孔洞，沖刷渦發生器背風面的流動死區并提高該區平均流速和動能，有力地提高了該區流體與壁面的換熱效果；在翼型及柱型渦發生器產生的縱向渦強化傳熱的同時，消除了由于設置渦發生器產生局部傳熱弱區的不利影響，進一步提高渦發生器強化換熱效果和換熱器效能；同時由于沖孔減少了渦發生器迎風面積和流動分離區范圍，降低了渦發生器形狀阻力，從而減小流動損失。此方法適用 于利用渦流發生器強化傳熱領域，具有加工方便、制造簡單、效果明顯的特點。
圖I為幾種渦發生器沖孔外形和結構示意圖。圖2為梯形翼渦發生器沖孔射流強化換熱示意圖。
具體實施例方式本發明提供一種加工制造簡單方便的利用沖孔射流提高渦發生器強化換熱和流動減阻效果的方法。下面結合附圖對本發明予以進一步說明。如圖I、圖2所示的渦發生器的形狀為a三角翼、b梯形翼、c矩形翼、d方柱體和e柱面梯形翼，但不限于這幾種形狀；在渦發生器迎風面I適當位置上沖開合適尺寸的孔洞2，該孔洞可以但不限于采用沖壓、鉆孔方法，但應穿透渦發生器壁面厚度，使得渦發生器迎風面I前相對于背風面3的較高流速流體穿過孔洞2，沖刷渦發生器背風面3的流動死區，同時也是傳熱弱區，提高該區平均流速和動能，消除傳熱弱區，進一步提高渦發生器強化換熱效果和換熱器效能；沖孔減少了渦發生器迎風面積和流動分離區范圍，降低了渦發生器形狀阻力，從而減小流動損失；所述渦發生器長、高、厚度尺寸或比例依換熱器形式和流道尺寸相應設計要求而定；其材料可采用但不局限于換熱器本身材料或其它易切割、彎曲安裝的材料(包括金屬)。其材料耐溫及其它性質應滿足換熱器允許工作條件的要求；所述沖開孔洞位置與渦發生器形式和安裝方式有關，在高度方向上，孔洞中心可位于但不限于位于渦發生器高度中心線稍下位置，旨在流體穿過孔洞沖刷翼(柱)后死區的同時不對渦發生器端(頂)部誘發的縱向渦產生干擾影響；水平方向上，可依渦發生器形式和安裝方式而定，如對于以45°攻角布置的矩形翼，孔洞中心可在渦發生器水平居中位置；對于梯形翼或三角翼，可稍偏靠近其較高立邊一側位置(如圖2所示)，因為翼后死區存在于此位置，而在較低立邊側存在較強的端部縱向渦，并且渦的位置較低，能夠沖刷靠近壁面流體；柱型等其它渦發生器可在類似位置沖孔；所述渦發生器孔洞形狀可以但不限于圓孔，以便于加工為宜；其大小依渦發生器迎流面積和流動狀態而定，孔洞面積可為渦發生器面積的O. I至O. 5倍，但不局限于此范圍，對于流動雷諾數較低的工況，可取孔洞面積為大值；雷諾數較高時相反。所述渦發生器孔洞的數量可以是但不限于I個，如單個孔 洞面積較小時可設置幾個孔洞，多個孔洞的數量和布置以強化換熱和流動減阻效果最佳為宜。
權利要求
1.一種利用沖孔射流提高渦發生器強化換熱效果的方法，其特征在于，在渦發生器迎風面適當位置沖孔，引導渦發生器迎風面前相對于背風面的較高流速流體穿過孔洞，沖刷渦發生器背風面的流動滯止 區，提高該區平均流速和動能，消除該傳熱弱區，進而提高渦發生器強化換熱及流動減阻效果和換熱器效能；由于沖孔減少了渦發生器迎風面積和流動分離區范圍，降低了渦發生器形狀阻力，從而減小流動損失。
2.根據權利要求I所述利用沖孔射流提高渦發生器強化換熱效果的方法，其特征在于，所述沖孔的形狀不限于圓孔，以便于加工為宜；其沖孔數量為一個以上，沖孔總面積為渦發生器迎流面積的O. I至O. 5倍，具體依渦發生器迎流面積和流動狀態而定，小雷諾數工況為大孔，大雷諾數工況為較小的孔，其效果好。
3.根據權利要求I所述利用沖孔射流提高渦發生器強化換熱效果的方法，其特征在于，所述在渦發生器迎風面適當位置沖孔與渦發生器形式和安裝方式有關，在高度方向上，沖孔的中心位于渦發生器高度中心線稍下位置，旨在流體穿過孔洞沖刷翼或柱背風面死區的同時不對渦發生器頂部誘發的縱向渦產生干擾影響；水平方向上，依渦發生器形式和安裝方式而定，對于以45°攻角布置的矩形翼，孔洞中心在渦發生器水平居中位置；對于梯形翼或三角翼，靠近其較高立邊一側位置，因為翼背風面死區存在于此位置，而在較低立邊側存在較強的端部縱向渦，并且渦的位置較低，能夠沖刷靠近壁面流體；對于柱型渦發生器，在類似位置沖孔。
4.根據權利要求I所述利用沖孔射流提高渦發生器強化換熱效果的方法，其特征在于，所述渦發生器形式為三角翼、矩形翼、梯形翼、柱面翼、方柱、圓柱或橢圓柱中的一種。
全文摘要
本發明公開了屬于換熱強化技術領域的一種利用沖孔射流提高渦發生器強化換熱效果的方法。是在翼型或柱型渦發生器迎風面上適當位置開設孔洞，使得渦發生器前部分流體穿過孔洞，沖刷渦發生器背風面的流動死區或傳熱弱區，提高該區平均流速和動能，消除傳熱弱區，進一步提高渦發生器強化換熱及流動減阻的效果和換熱器效能; 同時由于沖孔減少了渦發生器迎風面積和流動分離區范圍，降低了渦發生器形狀阻力，從而減小流動損失。此方法具有加工方便、制造簡單和效果明顯的特點，在氣-液或氣-氣熱交換器強化氣側換熱方面有著廣泛的應用前景和推廣價值。
文檔編號F28F13/12GK102645118SQ201210139408
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月7日 優先權日2012年5月7日
發明者周國兵 申請人:華北電力大學