一種后掠型波紋翅片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于換熱器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種優(yōu)化的后掠型波紋換熱翅片。
【背景技術(shù)】
[0002]緊湊熱交換器由于具有占用空間小、質(zhì)量輕、換熱效率高等技術(shù)優(yōu)點，已被廣泛應用于汽車、工程機械、空調(diào)電器或電子產(chǎn)品等行業(yè)的所涉及的散熱領(lǐng)域。板翅式熱交換器是緊湊型熱交換器的重要形式。如圖1所示，大量板式翅片組合在一起可以顯著增大熱交換器的有效散熱面積，因而大幅提高熱交換器的散熱效率。
[0003]為了進一步提高翅片的換熱效率，人們對翅片的表面形狀進行了優(yōu)化。波紋翅片就是其中一種，如圖2所示，波紋翅片101與熱交換器管道側(cè)壁面I所圍成的空間，構(gòu)成一個散熱流道。若干個散熱流道組合在一起，就構(gòu)成了圖1所示的熱交換器換熱芯體，可以將熱交換器管道內(nèi)流動的高溫介質(zhì)Vtot，如高溫水、油或固體導熱等的熱量快速傳遞至翅片表面，并通過翅片附近流動的冷卻介質(zhì)VMld，如冷卻空氣，將熱量帶走，并最終擴散至熱交換器體外。
[0004]相對于平直翅片來說，波紋翅片可以進一步增大翅片與冷卻介質(zhì)的接觸面積，同時“波紋”式的表面形狀將對冷卻介質(zhì)的均勻來流產(chǎn)生擾動作用，甚至形成大尺度的分離渦結(jié)構(gòu)，強化了翅片近壁區(qū)內(nèi)的動量和能量交換，從而強化了翅片的熱交換能力。這一類型的波紋翅片專利如申請?zhí)柣驅(qū)＠枮?00410031549.3,200580022014.2,200910115668.X等的中國專利。圖2是波紋翅片單個散熱流道的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0005]圖3是冷卻介質(zhì)流經(jīng)波紋翅片時所產(chǎn)生的分離渦結(jié)構(gòu)示意圖。其中，102是波紋翅片前緣，即波峰沿翅片寬度方向延伸而形成的棱線，也是翅片迎風區(qū)與背風區(qū)的分界線。如圖3所示，當冷卻介質(zhì)經(jīng)過波紋翅片前緣102時，由于介質(zhì)動量不足以抵抗下游波谷103處較強的逆壓梯度，冷卻介質(zhì)將在前緣102至波谷103之間的翅片背風區(qū)內(nèi)形成一個大尺度的分離渦104。在分離渦104內(nèi)，冷卻介質(zhì)作低速旋轉(zhuǎn)運動。這種旋轉(zhuǎn)運動將翅片表面的熱量輸運到散熱流道中心區(qū)，即分離渦104上層，從而起到強化換熱的作用。但是，這種分離渦結(jié)構(gòu)位置固定，分離渦內(nèi)部冷卻介質(zhì)流速低、壓力高。因此，該分離渦產(chǎn)生的強化換熱效果十分有限。特別地，這種分離渦結(jié)構(gòu)顯著增大了波紋翅片散熱流道的流動阻力，這將直接導致與熱交換器配套的風扇功率必須同步提高，風扇噪聲也必然因此而增大。
[0006]因此，從強化換熱的角度來看，有必要對上述傳統(tǒng)波紋翅片作進一步地優(yōu)化或創(chuàng)新性地設(shè)計，以便大幅提高翅片熱交換效率，并顯著降低散熱流道阻力，進而可以降低配套風扇的功率負荷和噪聲水平等。這正是本發(fā)明的根本目的所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對傳統(tǒng)波紋翅片的技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明給出了一種優(yōu)化的后掠型波紋換熱翅片設(shè)計，該類型翅片可以作為熱交換器芯體，如圖1所示，廣泛應用于汽車、工程機械、電器、半導體等行業(yè)所涉及的散熱或熱交換領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)波紋翅片相比較，在材質(zhì)、散熱面積相同的條件下，本發(fā)明給出的后掠型波紋翅片具有換熱效率高、流動阻力小等顯著優(yōu)勢，且無需對現(xiàn)有加工工藝作大幅度修改，因此具有加工工藝簡單等優(yōu)勢。特別地，這種后掠型波紋翅片由于流動結(jié)構(gòu)特殊而具有獨特的自清潔能力。
[0008]為解決傳統(tǒng)波紋翅片中存在的技術(shù)問題，達到本發(fā)明所述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
[0009]一種后掠型波紋翅片，其端面與熱交換器管道側(cè)壁面平貼相接，其特征在于:所述波紋翅片的前緣與波紋翅片的展向，即散熱流道的寬度方向，呈一定的夾角，稱之為后掠角。在本發(fā)明中，翅片前緣是指波紋翅片的波峰沿翅片寬度方向延伸而形成的棱線。在一個波紋范圍內(nèi)，前緣是翅片迎風區(qū)與背風區(qū)的分界線。
[0010]所述后掠角設(shè)置為10°至80°之間任意角度，優(yōu)選30°至60°區(qū)間，此時翅片流動阻力小、換熱效率高。
[0011]所述后掠型波紋翅片的波長為2-20_，波幅為0.2-5_、翅片厚度為0.05-0.3_。mm為長度單位毫米。
[0012]所述后掠型波紋翅片所在流道長為30-300mm，流道寬為5_20mm，流道高為1-1Omm0
[0013]相對于如圖3所示的傳統(tǒng)波紋翅片來說，在本發(fā)明所述的后掠型波紋翅片中，冷卻介質(zhì)經(jīng)過翅片前緣時，其運動速度V可以分解為兩部分:垂直翅片前緣的速度分量Vl，它將促使冷卻介質(zhì)在經(jīng)過前緣后從翅片表面分離，形成強旋轉(zhuǎn)的分離渦；沿翅片前緣方向也即分離渦旋轉(zhuǎn)軸方向的速度分量V2，它將使上述分離渦結(jié)構(gòu)沿前緣方向拉伸，最終將分離渦拉伸成旋擰流向渦結(jié)構(gòu)，并在旋渦核心處形成強軸向射流Vn。不斷拉伸、加速的流向渦顯著提高了流道內(nèi)冷卻介質(zhì)與翅片表面的熱交換能力，同時軸向射流Vn則降低了分離區(qū)的壓差阻力，從而使翅片流道的流動阻力和壓降大幅降低、換熱效率顯著提高。特別地，軸向射流Vn還可以將沉積在分離區(qū)內(nèi)的污垢沖向翅片散熱流道下游。因此，本發(fā)明給出的后掠型波紋翅片具有獨特的自清潔能力。并且，由于該后掠型波紋翅片只改變了傳統(tǒng)波紋翅片的后掠角度，因此無需對波紋翅片的現(xiàn)有加工工藝作大幅度修改，具有加工工藝簡單等技術(shù)優(yōu)勢。
[0014]本發(fā)明所述后掠型波紋翅片的波紋剖面形狀為三角形、矩形、梯形、弧形、三角函數(shù)曲線、冪函數(shù)曲線、樣條曲線中的任意一種，或者是這些曲線形狀的組合。
[0015]所述三角函數(shù)曲線包括正弦曲線、余弦曲線等。
[0016]本發(fā)明所述后掠型波紋翅片的制造材料采用金屬材料、合金或?qū)嵝阅芎玫姆墙饘俨牧系龋湫螤羁梢圆捎脤Ｓ媚＞邼L壓成形。
[0017]所述的后掠型波紋翅片可以作為熱交換器芯體。其中，相鄰的后掠型波紋翅片流道組合成一個大的散熱通道時，兩個相鄰的后掠型翅片既可以沿同一方向后掠，此時兩個翅片的前緣方向平行；也可以是反方向后掠，此時兩個翅片的前緣方向相互交叉。當采用反方向后掠時，由于散熱流道的高度顯著大于波紋翅片的波幅，因此，兩個相鄰翅片的前緣之間仍保持了較大的間距。
[0018]本發(fā)明給出的后掠型波紋翅片，可作為熱交換器芯體安裝在各種熱交換器內(nèi)，如圖1所示，可廣泛應用于汽車、工程機械、電器、半導體等行業(yè)所涉及的熱交換設(shè)備中，例如但不限于汽車、工程機械、電子或電器產(chǎn)品所使用的散熱器、冷凝器、中冷器等。區(qū)別于傳統(tǒng)的波紋翅片，在本發(fā)明給出的后掠型波紋翅片中，冷卻介質(zhì)流經(jīng)翅片前緣后，分離流將沿流向不斷拉伸、最終形成流向渦結(jié)構(gòu)，并在旋渦核心形成較強的軸向射流。與傳統(tǒng)波紋翅片相比較，由于流向渦的存在，在材質(zhì)、結(jié)構(gòu)體積或散熱面積相同的條件下，本發(fā)明給出的后掠型波紋翅片將具有換熱效率高、流動阻力小等顯著優(yōu)勢。特別地，這種后掠型波紋翅片由于流動結(jié)構(gòu)特殊而具有獨特的自清潔能力。因此，相對于傳統(tǒng)波紋翅片來說，本發(fā)明給出的后掠型波紋翅片可以在更復雜、更惡劣的工程環(huán)境中使用。并且，由于該后掠型波紋翅片只改變了傳統(tǒng)波紋翅片的后掠角度，因此無需對波紋翅片的現(xiàn)有加工工藝作大幅度修改，具有加工工藝簡單等技術(shù)優(yōu)勢。
【附圖說明】
[0019]圖1普通熱交換器換熱芯體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的波紋翅片幾何結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計的波紋翅片流動結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明中后掠型波紋翅片的幾何結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖5是本發(fā)明中后掠型波紋翅片的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖；
[0024]圖6是本發(fā)明中冷卻介質(zhì)經(jīng)過后掠型翅片所產(chǎn)生的流動結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖7 Ca)是相鄰后掠型翅片散熱流道的相同方向的組合示意圖；
[0026]圖7 (b)是相鄰后掠型翅片散熱流道的相反方向的組合示意圖；
[0027]圖8是本發(fā)明中后掠型波紋翅片的剖面形狀示例；
[0028]圖9 (a)是本發(fā)明所述的后掠型波紋翅片與傳統(tǒng)波紋翅片的散熱性能對比圖；
[0029]圖9 (b)是本發(fā)明所述的后掠型波紋翅片與傳統(tǒng)波紋翅片的流道阻力性能對比圖；
[0030]其中熱交換器側(cè)壁，101波紋翅片，102翅片前緣，亦即波峰，103波谷，104分離渦，201翅片，201-1翅片，201-2翅片，202前緣，203翅片波峰，204波谷，205流向渦；Re是雷諾數(shù)，是表征冷卻介質(zhì)流動速度的無量綱參數(shù)；j是表征翅片散熱性能的無量綱參數(shù)；f是表征流道阻力性能的無量綱參數(shù)。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附圖中的方向，詞語“內(nèi)”和“外”分別指的是朝向或遠離特定部件幾何中心的方向。
[0032]實施例1:
[0033]如圖4所示，一種后掠型波紋翅片201，其端面與熱交換器側(cè)壁面I平貼相接，二者構(gòu)成一個散熱流道，二者可以通過焊接等方式相連。波紋翅片201的前緣202與其展向，即散熱流道寬度B方向，呈一定夾角，稱之為后掠角β。所述后掠角β為45°。在本實施例中，翅片前緣202指波紋狀翅片波峰203延伸形成的棱線，如圖5所示。在一個波紋范圍內(nèi)，前緣202是翅片迎風區(qū)與背風區(qū)