圓管管翅式換熱器流線型變波幅圓弧形波紋翅片的制作方法
【專利摘要】一種圓管管翅式換熱器流線型變波幅圓弧形波紋翅片，根據擴展翅片表面和引導流體流動的需要，在翅片上從氣流入口到出口擠壓出完整的橫斷面為圓弧形的流線型凸波紋4和凹波紋5。同一波谷、波峰連線均為流線。流線是翅片1所對應管翅式換熱器平片翅片側通道沿管軸向中心截面上管尾不出現回流的流線。凸波紋4、凹波紋5沿縱向的波幅以所需波形16變化，波幅沿橫向以所需波形17包絡波紋谷峰變化。流線型圓弧形波紋翅片可有效地改善流體流動的流線性，減小了流動阻力，翅片表面的凸/凹波紋增加了翅片表面積，減小了傳熱熱阻，提高了翅片的整體換熱能力。
【專利說明】圓管管翅式換熱器流線型變波幅圓弧形波紋翅片
【技術領域】
[0001] 本發明涉及圓管管翅式換熱器翅片，特別涉及一種圓管管翅式換熱器流線型變波 幅圓弧形波紋翅片。
【背景技術】
[0002] 圓管管翅式換熱器廣泛應用于化工、空調、制冷等多個行業。在使用過程中，一 般液體工質在管內流動，氣體在管外側流動。而氣體側熱阻占到此類換熱器總熱阻的 70%-90%，是換熱環節的主要熱阻，減小空氣側的熱阻對提高換熱器整體換熱性能是非常 重要的。為進一步提高管翅式換熱器的傳熱性能，增加流體的擾動是改善空氣側換熱效果 的一種有效措施。通常把翅片表面做成有利于增加流體擾動的結構形狀，比如百葉窗、橫向 波紋、渦產生器、間斷環面槽、菱形立刺等。這些翅片可以達到強化翅片表面傳熱的目的，但 是同時也引起了流動阻力的增加。
[0003] 圓管管翅式換熱器現用百葉窗式、開縫式、渦產生器式等強化傳熱翅片通道內的 流動流線性較差，這些強化翅片在強化傳熱的同時，引起流動的流動局部阻力較大。因此， 圓管管翅式換熱器翅片表面換熱性能有待進一步提高。
【發明內容】
[0004] 本發明的思路是通過在圓管管翅式換熱器翅片表面沖壓出流線型波紋引導流體 按既定流線流動，達到提高流體流動流線性，減小流動壓力損失，提高翅片換熱能力的目 的。
[0005] 為達到上述目的本發明采用的技術方案是在翅片1上按照流線走向從氣流入口 到出口連續沖壓出凸凹相間的流線型圓弧形凸波紋4和流線型圓弧形凹波紋5 ;同一波谷、 波峰連線均為流線，波紋區域邊界8也是流線，且在沖壓前翅片（平片）中心面0- 0上，可 依據流函數值按需確定。
[0006] 流線型凸波紋4和凹波紋5的波幅在縱向以一定波形16變化，比如，在流速高的 區域（圓管周圍區域）波幅較小，在流速低的區域（前后排圓管之間區域）波幅較大。
[0007] 不同的流線型凸波紋4和凹波紋5的波幅沿橫向按適宜波形17包絡波紋谷峰變 化，比如，在遠離管子的區域的波紋波幅較大，在靠近管附近區域的波紋波幅較小。
[0008] 所述的流線型翅片1的凸波紋4、凹波紋5的最小波幅為翅片間距的0. 1-0. 9倍。
[0009] 所述的流線型翅片1的凸波紋4、凹波紋5的橫斷面形狀為圓弧形。其圓弧形型線 的確定方法是：先把流線9一 15放置在沖壓前翅片（平片）中心面0- 0上，這些流線和 橫截面A-A的交點分別為9' 一15'，然后分別確定交點10'和11'、11'和12'、12'和 13^、13^和14'的中心點a、b、c和d，按波幅大小垂直中心面0 -0上下移動受點10' - If分別到10" -14"，最后分別通過三點V、10"和a，a、11"和b，b、12"和c，c、13" 和d及d、14"和15'確定凸波紋4及凹波紋5的圓弧形型線方程。
[0010] 所述的流線型翅片1的流線是翅片1所對應管翅式換熱器平片翅片側通道沿管軸 向中心截面上管尾不出現回流的流線。
[0011] 所述的流線型翅片的凸波紋4、凹波紋5間距或數目依據波紋區域邊界8的流函數 值按需確定。
[0012] 所述的流線型翅片1上沖壓出的凸波紋4、凹波紋5相間分布并且分別關于管孔2 的縱、橫中心線對稱分布。
[0013] 所述流線型翅片1上沖壓出圓環凸臺3,且在其頂部沖壓出一翻邊7,便于翅片穿 管和確定片距。
[0014] 所述流線型翅片1上沖壓出圓環凸臺3的高度可以變動，用于調節翅片間距，脹管 后凸臺緊緊地與圓管接觸，起到固定翅片減小熱阻的作用。
[0015] 流線型翅片與管子組裝后，當流體在多層流線型翅片間流動時，通過翅片表面的 流線型凸凹波紋連續不斷的引導，部分流體沿著既定流線流動，減小了流動壓力損失。同 時，流線型波紋波幅沿著縱向按照適宜曲線波形周期變化及不同波紋波幅沿橫向按適宜波 形包絡波紋谷峰變化進一步減小了流動壓力損失。翅片表面凸凹波紋增加了翅片表面面 積，減小了傳熱熱阻，提高了翅片的換熱能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是一種圓管管翅式換熱器流線型變波幅圓弧形波紋翅片。
[0017] 圖2是圓弧形波紋型線確定方法示意圖。
[0018] 圖1中標號：1.翅片；2.翅片上圓管孔；3.圓環凸臺；4.凸波紋；5.凹波紋；6.波 紋形狀；7.翻邊；8.波紋區域邊界；9-13.流線；14.波幅沿縱向變化波形；15.波幅沿橫向 變化包絡波峰、波谷波形。
[0019] 圖2中標號：9一 15流線；9' 一 15'是放置在在0- 0面上的流線9一 15和橫截 面A-A的受點；10" -14"是按波幅大小垂直中心面0 -0上下移動1CT 一14'后的對應 點。
【具體實施方式】
[0020] 參見圖1一2,本發明包括翅片1上的圓管孔2、圓環凸臺3、沖壓出的流線型凸波 紋4、凹波紋5以及波紋形狀6。圓管孔2可以采用叉排或順排方式。圓環凸臺3的高度等 于翅片間距，起到翅片定位的作用。圓環凸臺3的頂部略往外翻有一翻邊7,便于翅片穿管 和翅片定位。流線型凸波紋4 (實線）與凹波紋5 (虛線）按照波紋區域邊界8的流函數值 按需在波紋區域邊界8之間相間分布，且分別關于孔2的縱、橫中心線對稱分布。流線型凸 波紋4與凹波紋5都沿著流線走向從氣流入口到出口連續分布。流線型凸波紋4與凹波紋 5的波幅沿著縱向按照適宜的曲線波形16周期變化，比如，在流速高的區域（圓管周圍區 域）降低波幅，在流速低的區域（前后排圓管之間區域）增加波幅。不同的流線型凸波紋 4和凹波紋5的波幅沿橫向按適宜波形17包絡波紋谷峰變化，比如，在遠離管子的區域的 波紋波幅較大，在靠近管附近區域的波紋波幅較小。波紋最大波幅為翅片間距的〇. 1-0.9 倍。根據先把流線9一 15放置在沖壓前翅片（平片）中心面0- 0上，這些流線和橫截面 A-A的交點分別為9' -15'，然后分別確定交點10'和11'、11'和12'、12'和13'、 13'和14'的中心點a、b、c和d，按波幅大小垂直中心面0 -0上下移動受點10' -14' 分別到10" -14"，最后分別通過三點V、10"和a，a、ll"和b，b、12"和c，c、13"和d 及d、14"和15'確定凸波紋4及凹波紋5的圓弧形型線方程。
[0021] 本發明在翅片1沖壓成型后，將翅片1經圓孔2套裝在圓管上，翅片1間通過圓環 凸臺3定位，通過脹管、管內試壓等一系列常規工藝之后就完成了整個管翅式換熱器的制 作。
[0022] 流線型波紋翅片的工作原理是：當流體在流線型波紋翅片之間的通道內流動時， 通過翅片表面的橫斷面為圓弧形的凸波紋4和凹波紋5的連續不斷的引導，部分流體在凸 波紋4和凹波紋5形成的流線型通道內流動，流動平穩，流量分配較為均勻，有效抑制了圓 管尾部流體的脫體，明顯減小了流動壓力損失。流線型波紋的波幅沿縱向及橫向的變化，更 進一步減小了流動在壁面的切應力，使流動阻力進一步減少。同時，圓弧形的凸波紋4和凹 波紋5增加了翅片表面積、減小了翅片側傳熱熱阻，且流體流線型流動使得圓管后不易產 生回流區，圓管后部翅片的換熱性能也得到明顯提高。以上發明使得流線型波紋翅片具有 較好的流動與傳熱性能。
【權利要求】
1. 圓管管翅式換熱器流線型變波幅圓弧形波紋翅片，其特征在于：在翅片（1)上按照 流線走向從氣流入口到出口連續沖壓出凸凹相間的流線型圓弧形凸波紋（4)和流線型圓 弧形凹波紋（5);同一波谷、波峰連線均為流線；波紋的波幅在縱向變化；沿橫向不同波紋 的波幅變化。
2. 根據權利要求1所述的流線型翅片（1)，波紋區域邊界（8)也是流線，且在沖壓前翅 片（平片）中心面0- 0上，可依據流函數值按需確定。
3. 根據權利要求1所述的流線型翅片（1)，其特征是凸波紋（4)、凹波紋（5)沿縱向的 波幅以需要波形（16)變化。
4. 根據權利要求1所述的流線型翅片（1)，其特征是凸波紋（4)、凹波紋（5)的波幅沿 橫向以需要波形（17)包絡波紋谷峰變化。
5. 根據權利要求1所述的流線型翅片（1)，其特征是凸波紋（4)、凹波紋（5)的最大波 幅為翅片間距的〇. 1-0.9倍。
6. 根據權利要求1所述的流線型翅片（1)，其特征是圓弧形凸波紋（4)和圓弧形凹波 紋（5)的橫斷面形狀為圓弧形型線，圓弧形型線的確定方法是先把流線（9)一（15)放置在 沖壓前翅片（平片）中心面〇- 〇上，這些流線和橫截面A-A的交點分別為9' 一 15'，然 后分別確定交點10'和11'、11'和12'、12'和13'、13'和14'的中心點a、b、c和d， 按波幅大小垂直中心面〇- 〇上下移動交點10' -14'分別到10" -14"，最后分別通過 三點9'、10"和a，a、ll"和b，b、12"和c，c、13"和d及d、14"和15'確定凸波紋（4) 及凹波紋（5)的圓弧形型線方程。
7. 根據權利要求1所述的流線型翅片（1)，其流線是翅片（1)所對應管翅式換熱器平 片翅片側通道沿管軸向中心截面上管尾不出現回流的流線。
8. 根據權利要求1所述的流線型翅片（1)，其特征是凸波紋（4)、凹波紋（5)的間距或 數目依據波紋區域邊界（8)的流函數值按需確定。
9. 根據權利要求1所述的流線型翅片（1)，其特征是沖壓出的凸波紋（4)、凹波紋（5) 相間分布并且分別關于孔（2)的縱橫中心線對稱分布。
【文檔編號】F28F1/10GK104110986SQ201410373835
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】蘇梅, 王良璧, 劉松, 王良成, 宋克偉, 張昆, 胡萬玲, 張強, 林志敏, 郭鵬, 常立民, 王天鵬, 周文和, 王燁, 張永恒, 王小見, 武祥 申請人:蘭州交通大學