一種環形通道內管式氣-氣換熱器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及氣-氣換熱器領域，具體為一種環形通道內管式氣-氣換熱器。
【背景技術】
[0002]風道廣泛存在于各個工程領域，如航空、航天、船舶、車輛、核技術領域等。對于各個不同領域，風道具有不同的形式，比較常見的有方形、圓形、環形。對于一些復雜尖端領域，如空天預冷發動機外涵道，空氣流速往往會達到跨音速或超音速，這時，換熱器的傳熱設計和結構設計必須同時滿足空氣動力性能和熱力性能的要求。環形風道常見于航空發動機和空天預冷發動機外涵道，這時，換熱器除需滿足流動與阻力特性外，還必須具備耐高溫耐高壓等特點。用于環形風道的氣-氣換熱器有蛇形管換熱器、板翅式換熱器和原表面換熱器。蛇形管換熱器管內流程長，流道數目少，管內流阻高，且在流動布置上為順流換熱器，換熱效果差。板翅式換熱器和原表面換熱器相比蛇管換熱器而言結構緊湊，但耐壓性和熱膨脹自適應性差、密封性不好、適用溫度和壓力范圍有限。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種低流阻，高換熱，耐壓性好環形通道內管式氣_氣換熱器。
[0004]本發明是通過以下技術方案來實現:
[0005]一種環形通道內管式氣-氣換熱器，包括若干沿環形通道周向均勻設置的換熱單元；環形管道內冷氣流沿軸向運動，所述的換熱單元包括分別沿冷氣流流向布置的熱氣流流出集氣管和熱氣流流入集氣管，以及兩端分別與熱氣流流出集氣管和熱氣流流入集氣管連通的若干換熱管；換熱管沿冷氣流流向依次排列分布形成換熱管束；熱氣流流出集氣管的出口和熱氣流流入集氣管入口位于換熱單元的同一端，且同穿過環形通道的內壁或外壁設置，換熱單元的另一端為自由端。
[0006]優選的，換熱管在迎風面內呈弧形設置。
[0007]優選的，換熱單元自由端與相鄰的內壁或外壁呈間隙設置。
[0008]優選的，換熱管束在環形通道的徑向上呈管徑相同的單排或多排設置。
[0009]優選的，熱氣流流出集氣管和熱氣流流入集氣管采用橫截面為圓形的集氣管或橢圓形的集氣管。
[0010]優選的，換熱管管外徑為3mm?6mm。
[0011]優選的，換熱管管內徑為2mm?5mm。
[0012]優選的，換熱管采用最低耐受溫度為500°C，最低耐受壓力為3MPa的鎳鉻合金管制成。
[0013]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果:
[0014]本發明采用若干換熱管裝配成換熱束，通過分別設置在兩端的熱氣流流出集氣管和熱氣流流入集氣管從而增加了熱流體流道數目，使得管內流阻大幅降低；換熱器集氣管位于距離風道上下表面較近的位置，降低了集氣部件對風道帶來的阻力損失；采用管徑不超過4_的細換熱管，可進一步增加換熱器的緊湊度，流動布置為交叉流，提高了換熱效果，同時降低管外阻力；管式的換熱設置相比板翅式和原表面式換熱器而言，具有更好的耐壓性和密封性；可根據不同的換熱需求，調整換熱單元的數量，以及管束內換熱管的數量，適應范圍廣。
[0015]進一步的，換熱管呈弧形設置，通過對彎曲弧度的調整能夠根據單元總換熱面積的不同改變換熱管長度:當所需單元換熱器面積較大時，增加彎曲弧度同時增加換熱管長度；當所需單元換熱面積較小時，減小彎曲弧度同時減小換熱管長度。
[0016]進一步的，換熱管呈弧形設置及使換熱器具備良好熱膨脹自適應性。當溫度升高時，換熱管由于熱膨脹性而增長，這時換熱管的彎曲曲率變大；反之換熱管的曲率變小。
[0017]進一步的，換熱單元自由端的間隙設置進一步提升了換熱器的熱膨脹自適應性。換熱器自由端即熱流體出口集氣管及附近連接部位。當溫度升高時，換熱管由于熱膨脹性而增長，這時自由端間隙的設置為熱膨脹提供了自由空間。
[0018]進一步的，換熱管管束能夠按總單元個數和總換熱面積的不同布置成單排或多排，能夠按單元管排數的不同將集氣管設計為圓管或橢圓扁管。
[0019]進一步的，通過對換熱管管徑的限定，在采用更細的換熱管在降低管外阻力的同時，提高了換熱器緊湊度，使得換熱器整體換熱能力得到了明顯提升。另外，換熱器總裝機重量在一定程度上也得到了降低。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明實例中所述的結構示意圖。
[0021]圖2中的a、b、c分別為本發明實例中所述的三種換熱單元結構示意圖。
[0022]圖3為圖1的縱剖面流動示意圖。
[0023]圖中:熱氣流流出集氣管1，換熱管2，熱氣流流入集氣管3。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體的實施例對本發明做進一步的詳細說明，所述是對本發明的解釋而不是限定。
[0025]本發明一種環形通道內管式氣-氣換熱器，如圖1和圖3所示，包括若干沿環形通道周向均勻設置的換熱單元；環形管道內冷氣流沿軸向運動，所述的換熱單元包括分別沿冷氣流流向布置的熱氣流流出集氣管I和熱氣流流入集氣管3，以及兩端分別與熱氣流流出集氣管I和熱氣流流入集氣管3連通的若干換熱管2 ;換熱管2沿冷氣流流向依次排列分布形成換熱管束；熱氣流流出集氣管I的出口和熱氣流流入集氣管3入口位于換熱單元的同一端，且同穿過環形通道的內壁或外壁設置，換熱單元的另一端為自由端。如圖1所示，換熱管束依次排列且彎折為弧形而形成魚鰭式，優選的管子外徑不超過4_。每個換熱器單元可根據具體情況由單排換熱管或多排換熱管組成。冷氣流在環形通道內流動，熱氣流在換熱管內流動。本發明換熱器大幅增加了熱流體流道數目，顯著降低了管內流阻。換熱管束為弧形魚鰭式排布，有利于提高換熱器的緊湊度和熱膨脹自適應性。換熱器單元可根據不同需求以不同數目均勻布置于環形通道內。其換熱器單元由若干單根耐高溫耐高壓合金細管裝配成管束并與集氣管焊接組成。
[0026]換熱單元能夠根據不同的需求，采用不同的結構設置，如圖2中a所示，其為單列式圓形集氣管的換熱器單元，b為多列式圓形集氣管的換熱器單元，c為多列式橢圓形集氣管的換熱器單元。
[0027]本發明由熱流體入口集氣管1，耐高溫耐高壓金屬合金的換熱管2，熱流體出口集氣管3組成。為了適應各種設計需求，換熱管可以設計為不同的彎曲弧度和長度，集氣管可以為橢圓扁管或圓管，換熱器單元可由單列或多列管束構成。如圖2所示，熱端內流空氣由熱流體入口集氣管引入，冷端風道空氣通過換熱管外，熱端內流空氣被冷卻后由熱流體出口集氣管引出。圖2a中采用圓形的集氣管，其中換熱管束采用單排的換熱管；圖213中采用圓形的集氣管，其中換熱管束采用對稱的雙排的換熱管；圖2(:中采用橢圓形的集氣管，其中換熱管束采用多排的換熱管，本優選實例為五排。因此，該種魚鰭列管換熱器具有很好的靈活性。
【主權項】
1.一種環形通道內管式氣-氣換熱器，其特征在于，包括若干沿環形通道周向均勻設置的換熱單元； 環形管道內冷氣流沿軸向運動，所述的換熱單元包括分別沿冷氣流流向布置的熱氣流流出集氣管(I)和熱氣流流入集氣管(3)，以及兩端分別與熱氣流流出集氣管(I)和熱氣流流入集氣管(3)連通的若干換熱管(2); 換熱管(2)沿冷氣流流向依次排列分布形成換熱管束； 熱氣流流出集氣管(I)的出口和熱氣流流入集氣管(3)入口位于換熱單元的同一端，且同穿過環形通道的內壁或外壁設置，換熱單元的另一端為自由端。2.根據權利要求1所述的一種環形通道內管式氣-氣換熱器，其特征在于，換熱管(2)在迎風面內呈弧形設置。3.根據權利要求1所述的一種環形通道內管式氣-氣換熱器，其特征在于，換熱單元自由端與相鄰的內壁或外壁呈間隙設置。4.根據權利要求1所述的一種環形通道內管式氣-氣換熱器，其特征在于，換熱管束在環形通道的徑向上呈管徑相同的單排或多排設置。5.根據權利要求1所述的一種環形通道內管式氣-氣換熱器，其特征在于，熱氣流流出集氣管(I)和熱氣流流入集氣管(3)采用橫截面為圓形的集氣管或橢圓形的集氣管。6.根據權利要求1所述的一種環形通道內管式氣-氣換熱器，其特征在于，換熱管(2)管外徑為3mm?6mm。7.根據權利要求1所述的一種環形通道內管式氣-氣換熱器，其特征在于，換熱管(2)管內徑為2mm?5mm。8.根據權利要求1所述的一種環形通道內管式氣-氣換熱器，其特征在于，換熱管(2)采用最低耐受溫度為500°C，最低耐受壓力為3MPa的鎳鉻合金管制成。
【專利摘要】本發明提供一種低流阻，高換熱，耐壓性好環形通道內管式氣-氣換熱器，其包括若干沿環形通道周向均勻設置的換熱單元；環形管道內冷氣流沿軸向運動，所述的換熱單元包括分別沿冷氣流流向布置的熱氣流流出集氣管和熱氣流流入集氣管，以及兩端分別與熱氣流流出集氣管和熱氣流流入集氣管連通的若干換熱管；換熱管沿冷氣流流向依次排列分布形成換熱管束；熱氣流流出集氣管的出口和熱氣流流入集氣管入口位于換熱單元的同一端，且同穿過環形通道的內壁或外壁設置，換熱單元的另一端為自由端。采用若干換熱管裝配成換熱束，通過分別設置在兩端的熱氣流流出集氣管和熱氣流流入集氣管從而增加了熱流體流道數目，管內流阻大幅降低，集氣部件的阻力損失小。
【IPC分類】F28D7/16, F28F9/02
【公開號】CN105043143
【申請號】CN201510535042
【發明人】李增耀, 于廣雷, 田鴻宇, 沈毅, 于霄
【申請人】西安交通大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年8月27日