技术领域

本发明涉及管翅式换热器的翅片，特别涉及一 种用于圆管或椭圆管的管翅式换热器 的流线型波纹翅片。 背景技术

管翅式换热器通常是在管内流动液体工质， 在管外侧流动气体。 为减小空气侧的热 阻， 在管外侧安装翅片可以增加换热面积达到减小 热阻的目的。 由于受到换热器体积、 经济性和翅片效率的限制， 使得翅片的面积不能无限的增加。 为进一步提高管翅式换热 器的传热性能， 增加流体的扰动是改善空气侧换热效果的一种 有效措施。 通常将翅片表 面做成利于增加流体扰动的结构形状， 比如百叶窗、横向波纹、涡产生器、 间断环面槽、 菱形立刺等。 虽然采用上述结构的翅片可以达到强化翅片表 面传热的目的， 但同时也引 起了流动阻力的增加。 再者， 现有百叶窗、 波纹、 涡产生器、 间断环面槽、 菱形立刺等 结构易挂灰尘， 使得翅片侧热阻增加， 降低了其传热性能。

另外， 对于圆管 /椭圆管结构的管翅式换热器， 流体掠过圆管 /椭圆管流动的流线性 较差， 特别是在流速较大时， 流体掠过圆管 /椭圆管流动的脱体引起流动压力损失较大， 并且在圆管 /椭圆管尾部形成不利于传热的回流区， 流动传热性能有待进一步提高。

综上所述， 管翅式换热器现有的翅片强化传热技术没有明 显的改善流体在圆管 /椭 圆管束之间流动的流线性， 使得流体流经圆管 /椭圆管束和翅片形成的通道时压力损失 较大。 因此， 进一步开发传热性能好、 压力损失小、 不易挂灰的翅片结构非常重要。 发明内容

本发明的目的是提供一种能够抑制流体脱体、 减小流动压力损失， 提高翅片换热能 力并保持散热性能稳定的管翅式换热器流线型 波纹翅片。

为达到上述目的，本发明提供了一种管翅式换 热器流线型波纹翅片，包括翅片本体， 所述翅片本体的一侧端为气流入口， 其另一侧端为气流出口， 在所述的翅片本体上布设 有用于安装管束的安装孔，在所述翅片本体上 按照气流流线走向从所述气流入口至所述 气流出口连续形成若干条间隔设置的凸波纹和 凹波纹， 同一所述凸波纹的波峰连线与相 邻的同一所述凹波纹的波谷连线均为流线。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述流线是翅片本体所对应管翅 式换热器平片翅片侧通道管轴向中心截面上管 尾不出现回流的流线。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述凸波纹与所述凹波纹设置于 所述翅片本体上设定的波纹区域边界内， 所述波纹区域边界位于所述安装孔的上下两 侧， 所述波纹区域边界均是流线， 以流函数值按需确定， 所述凸波纹的波峰连线与相邻 的凹波纹的波谷连线之间的间距或所述凸波纹 和所述凹波纹设置数量依据区域边界流 函数值按需确定。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述凸波纹和所述凹波纹的横断 面呈适宜型线， 比如， 折线形、 正弦波形、 抛物线形或圆弧形等。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 每条所述凸波纹和每条所述凹波 纹的波幅为固定值。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 每条所述凸波纹和每条所述凹波 纹的波幅沿纵向呈波形曲线分布。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述凸波纹和所述凹波纹的波幅 在所述气流流速大的区域减小， 在所述气流流速小的区域增大。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述凸波纹和所述凹波纹的波幅 沿横向相等。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述凸波纹和所述凹波纹的波幅 沿横向不等。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述凸波纹的波幅和所述凹波纹 的波幅分别在远离所述安装孔处增大， 在靠近所述安装孔处减小。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述凸波纹和所述凹波纹分别以 所述安装孔的横向中心线和纵向中心线对称分 布。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 沿所述安装孔一侧边缘设有用于 限制流线型波纹翅片间距的环状凸台， 所述环状凸台的顶部外翻有一翻边。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述凸波纹和所述凹波纹的最大 波幅为所述环状凸台高度的 0. 1〜0. 9倍。

如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述安装孔为圆孔或椭圆孔。 如上所述的管翅式换热器流线型波纹翅片， 其中， 所述凸波纹和所述凹波纹的表面 为光滑表面。

与现有技术相比， 本发明具有以下特点和优点：

本发明通过翅片表面的流线型凸波纹和凹波纹 的连续不断的引导，使得气流通道内 流体主要在凸波纹和凹波纹形成的流线型通道 内流动， 流动平稳， 流量分配较为均匀， 有效抑制了圆管 /椭圆管尾部流体的脱体， 明显减小了流动压力损失。 同时， 凸波纹和 凹波纹增加了翅片表面积、 减小了翅片侧传热热阻， 且流体流线型流动使得管束后不易 产生回流区， 管后部翅片的换热性能也得到明显提高。 以上使得本发明具有较好的流动 与传热性能， 且使翅片在使用中不易挂灰尘， 保持散热性能的稳定性。 附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的， 而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围 。 另外， 图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性 的， 用于帮助对本发明的理解， 并 不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸 。 本领域的技术人员在本发明的教导下， 可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例 尺寸来实施本发明。

图 1为本发明管翅式换热器流线型波纹翅片实施� �一的平面结构示意图； 图 2为图 1的沿 A-A向截面结构示意图剖视图；

图 3为图 1的沿 B-B向截面结构示意图剖视图；

图 4为图 1的沿 C-C向截面结构示意图剖视图；

图 5为图 1的沿 D向的侧视图；

图 6为本发明管翅式换热器流线型波纹翅片实施� �二的平面结构示意图； 图 7为图 6的 A' -A' 向截面结构示意图剖视图；

图 8为图 6的 B' -B' 向截面结构示意图剖视图；

图 9为图 6的 C' -C 向截面结构示意图剖视图；

图 10为图 6的沿 D' 向的侧视图。

附图标记说明：

1-翅片本体； 2-安装孔（圆管孔或椭圆孔） ； 3-气流入口； 4-气流出口； 5-凸波纹 波峰连线； 6-凹波纹波谷连线； 7-波纹形状； 8-波纹区域边界； 9-环状凸台； 10-翻边； 11-凸纹波； 12-凹纹波。 具体实施方式 结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够 更加清楚地了解本发明的细节。但是， 在此描述的本发明的具体实施方式， 仅用于解释本发明的目的， 而不能以任何方式理解 成是对本发明的限制。 在本发明的教导下， 技术人员可以构想基于本发明的任意可能的 变形， 这些都应被视为属于本发明的范围。

图 1至图 5为本发明管翅式换热器流线型波纹翅片实施� �一的示意图。

如图 1所示， 本发明管翅式换热器流线型波纹翅片， 包括翅片本体 1， 翅片本体 1 的一侧端为气流入口 3， 其另一侧端为气流出口 4， 在翅片本体 1上布设有用于安装换 热器管束的安装孔 2， 在本实施例中， 安装孔 2为圆管孔， 多片流线型波纹翅片间隔地 叠放， 圆管沿轴向贯穿各流线型波纹翅片的安装孔 2， 多片流线型波纹翅片依序固定于 圆管上， 形成换热器。 相邻的两流线型波纹翅片之间形成气流通道。 在各翅片本体 1上 按照气流流线走向从气流入口 3至气流出口 4连续冲压形成若干条间隔设置的凸波纹 11 和凹波纹 12， 同一凸波纹 11 (如图 2所示） 的波峰连线 5与相邻的同一凹波纹 12 (如 图 7所示） 的波谷连线 6均为流线， 从而在翅片本体 1的表面形成了与气流流线走向一 致的导流通道， 引导流体按预设的流线流动，实现了抑制流体 脱体、减小流动压力损失， 提高翅片换热能力及保持散热性能稳定的功效 。

所述流线是翅片本体 1所对应管翅式换热器平片翅片侧通道管轴向� �心截面上管尾 不出现回流的流线。翅片本体 1所对应管翅式换热器平片翅片是指本发明在� �有加工出 凸波纹 11和凹波纹 12前， 呈平片状的换热器平片翅片。 平片翅片侧通道是指在相邻的 两平片翅片之间及和穿过安装孔的圆管形成的 通道。通道管轴向中心截面是指在翅片侧 通道内垂直于圆管轴向的且和两构成通道翅片 距离相等的截面。管尾是指圆管外侧相对 气体流动方向而言处于下游的小区域。

在本发明中， 流线与换热器的具体结构有关， 本领域的技术人员可通过现有的数值 方法求解得到， 在此不再详细说明。 本领域的技术人员可实际工况， 利用计算方法和有 限次的试算获得翅片本体 1所对应管翅式换热器平片翅片侧通道管轴向� �心截面上管尾 不出现回流的流线。

进一步的， 凸波纹的波峰连线 5与相邻的凹波纹的波谷连线 6之间的间距或凸波纹 11和凹波纹 12设置数量依据波纹区域边界流函数值按需确� ��。 在本发明中， 根据安装 孔 2的位置， 在安装孔 2的上下两侧设置波纹区域边界 8， 凸波纹 11和凹波纹 12分别 设置在波纹区域边界 8内， 波纹区域边界 8的上下两边界也是流线， 且分别取不同的流 函数值， 区域边界流函数值按需确定， 根据波纹区域边界 8的流函数值按需得到凸波纹 的波峰连线 5和凹波纹的波谷连线 6的间距及设置数量。其中流函数值的计算方� �为已 有技术， 在此不再详细说明。

如图 2至图 4所示， 在本实施例中， 凸波纹 11和凹波纹 12的横断面呈连续的正弦 波形， 如图 2、 图 7的虚线框中分别表示凸波纹 11和凹波纹 12的波纹形状 7。 但本发 明也不限于此， 凸波纹 11和凹波纹 12的横断面还可以呈折线形、 抛物线形、 圆弧形或 其它适宜的形状， 只要利于引导流体流动即可。

进一步的， 每条凸波纹 11和凹波纹 12的波幅可以是固定值； 也可以是非固定值， 即凸波纹 11和凹波纹 12的波幅沿纵向 （纵向即气流入口 3至气流出口 4的方向）呈波 形曲线分布。

作为本发明一种优选的实施方式， 凸波纹 11和凹波纹 12的波幅可以设计为在气流 流经波纹翅片过程中波幅变化与气流流速的变 化相反， 即在气流流速大的区域波幅减 小， 在所述气流流速小的区域波幅增大。 这样， 可以减小波纹翅片壁面上的流体流动切 应力， 而该应力是引起流动阻力的主要因素， 因此可以起到减小流动阻力的作用。

进一步的， 凸波纹 11和凹波纹 12的波幅沿横向 （即垂直于气流主流方向）相等或 不等。 本领域的技术人员可根据实际情况进行选择。

作为本发明一种优选的实施方式， 凸波纹 11和凹波纹 12的波幅可以设计为所述凸 波纹 11和所述凹波纹 12的波幅在远离所述安装孔处增大， 在靠近所述安装孔处减小。 这样， 可以减小波纹翅片壁面上的流体流动切应力， 因此可以起到进一步减小流动阻力 的作用。

如图 1所示， 在确定波纹区域边界 8后， 流线型凸波纹 11与凹波纹 12按照流函数 值按需在波纹区边界 8之间相间分布，且凸波纹 11和凹波纹 12沿安装孔 2的横向中心 线和纵向中心线对称分布， 其中， 横向中心线是指图 1中由左至右穿过安装孔 2中心的 直线， 纵向中心线是指图 1中由下至上穿过安装孔 2中心的直线， 这样使得流体流动速 度较为均匀， 减小流动压力损失， 提高翅片换热能力。

如图 1所示， 安装孔 2在翅片本体 1上设置有多个， 多个安装孔 2可以采用顺排方 式设置， 即多个安装孔 2的中心点处于同一水平线上； 或者也可以采用叉排方式设置， 即多个安装孔 2的中心点不处于同一水平线上。 沿安装孔 2—侧边缘设有环状凸台 9， 在波纹翅片与圆管安装时，后一波纹翅片前部 突出的的环状凸台 9顶抵于前一波纹翅片 的后部， 从而限制流线型波纹翅片间距， 达到翅片定位的作用。

如图 3所示，环状凸台 9的顶部略往外翻有一翻边 10，便于翅片穿管和确定翅片片 距。 在本发明中， 环状凸台 9的高度可以根据翅片间距变化设计成不同的� �寸， 在安装 时， 胀管或悍接后环状凸台 9与管束紧密接触， 起到固定波纹翅片， 减小热阻的作用。

进一步的，凸波纹 11和凹波纹 12的最大波幅为翅片间距（即环状凸台高度）� �� 0. 1〜 0. 9倍。

进一步的， 凸波纹 11和凹波纹 12的表面为光滑表面， 结合凸波纹 11和凹波纹 12 的流线型结构， 在使用中不易挂灰尘， 进一步降低了翅片侧热阻， 提高了翅片的传热性 能。

图 6至图 10为本发明管翅式换热器流线型波纹翅片实施� ��二的示意图。 本实施例 与实施例一的结构和作用大体相同， 不同之处在于， 本实施例中采用的安装孔 2为椭圆 孔， 以适应横截面为椭圆形的管束。

在本发明波纹翅片冲压成型后， 将波纹翅片套装在圆管或椭圆管上， 波纹翅片间通 过带有翻边 10的环状凸台 9定位， 通过胀管 /悍接、 管内试压等一系列工艺完成整个管 翅式换热器的制作。

本发明流线型波纹翅片的工作原理是： 当流体（气流）在流线型波纹翅片之间的气 流通道内流动时，流体通过翅片表面的流线型 凸波纹 11和凹波纹 12的连续不断的引导， 部分在凸波纹 11和凹波纹 12形成的流线型通道内流动， 从而流动平稳， 流量分配较为 均匀， 有效抑制了圆管 /椭圆管尾部 （管尾部是指按气流流动方向当气流流动横掠 圆管 时圆管下游处） 流体的脱体， 明显减小了流动压力损失。 同时， 凸波纹 11和凹波纹 12 增加了翅片表面积、 减小了翅片侧传热热阻， 且流体流线型流动使得管束后不易产生回 流区， 管尾部翅片的换热性能也得到明显提高。 以上发明使得流线型波纹翅片具有较好 的流动与传热性能， 且使翅片在使用中不易挂灰尘， 保持散热性能的稳定性。

针对上述各实施方式的详细解释， 其目的仅在于对本发明进行解释， 以便于能够更 好地理解本发明， 但是， 这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的 限制， 特别是， 在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相 互任意组合， 从而组成其他实施方式， 除 了有明确相反的描述， 这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施 方式中， 而并不仅 局限于所描述的实施方式。