适用于结霜工况下的翅片管式制冷换热器用椭圆穿孔翅片制造技术

本发明专利技术提出一种适用于结霜工况下的翅片管式制冷换热器用椭圆穿孔翅片，所述翅片在沿高度方向的中心轴线上均匀布置有数个制冷基管孔，在翅片表面开有若干椭圆孔，沿翅片高度方向，全部椭圆孔成三列布置，椭圆孔几何尺寸相同，其中两列椭圆孔分别位于翅片表面空气来流侧与出流侧，来流侧椭圆孔的长轴与气流流向平行，并与气流出流侧椭圆孔的长轴方向相垂直；另一列椭圆孔位于制冷基管孔之间，这一列椭圆孔的长轴方向与空气出流侧椭圆孔的长轴方向相平行。本发明专利技术强化了结霜工况下翅片管式制冷换热器的换热性能，与传统翅片结构的制冷换热器相比，在同等制冷量的情况下，可达到节能、空气侧流动阻力减小、节省翅片金属材料及缩小制冷换热器体积的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制冷换热器，具体涉及制冷换热器的翅片结构。 
技术介绍
目前，长期工作于结霜工况下的翅片管式制冷换热器基本上采用平翅片，部分采用波纹片。平翅片的主要作用是扩大传热面，对促进流体扰动的作用很小，换热效果不理想。强化型翅片如条缝形翅片、百叶窗翅片在结霜工况下，霜层的形成会堵塞翅片上狭小的空隙，从而使其丧失强化传热的能力，而且翅片表面空气的流动阻力也会增大。长期工作于结霜工况下的翅片管式制冷换热器必须进行频繁的融霜，而多次融霜又会增加能耗。因此，传统的翅片无法满足结霜工况下强化换热和节能运行的要求。 中国专利文献CN201293596Y公开了“制冷换热器用三对称大直径圆孔翅片及制冷换热器”，其主要方案为：“在每一翅片上，以基管中心为轴，沿气流流动方向，基管前后各开设两个直径相同的圆通孔；两基管轴线中心处开设与前述二孔直径相同的圆通孔。”与平翅片及圆孔翅片相比，该翅片提高了制冷换热器换热效果，且有流动阻力小，易加工等特点。 但是，该结构仍存在以下不足：对翅片表面对流换热的薄弱区域进行分析后，直接确定了翅片表面开孔的大小、位置、形状，并未对开孔的形状、扰流的效果等影响换热效果的因素进行深入广泛优化分析。因此，该翅片形式虽然能在一定程度上改善换热效果，但是在强化换热能力、减少流动阻力等方面仍有进一步提升的空间。 
技术实现思路
本专利技术提出一种适用于结霜工况下的翅片管式制冷换热器用翅片，在平翅片表面开若干个椭圆孔，椭圆孔按一定规律布置，间隔分布于翅片表面，通过该结构强化结霜工况下翅片管式制冷换热器的换热性能，与传统翅片结构的制冷换热器相比，在同等制冷量的情况下，可达到节能、空气侧流动阻力减小、节省翅片 金属材料及缩小制冷换热器体积的目的。 本专利技术采用的技术方案如下： 一种适用于结霜工况下的翅片管式制冷换热器用椭圆穿孔翅片，翅片中间开有一列制冷基管孔。其改进在于，在翅片表面开有若干椭圆孔，沿平翅片高度方向，全部椭圆孔成三列布置，椭圆孔几何尺寸相同，其中两列椭圆孔分别位于翅片表面空气来流侧与出流侧，来流侧椭圆孔的长轴与气流流向平行，并与气流出流侧椭圆孔的长轴方向相垂直；另一列椭圆孔位于制冷基管孔之间，这一列椭圆孔的长轴方向与空气出流侧椭圆孔的长轴方向相平行；所述椭圆孔长轴为r，短轴为t，制冷基管孔直径为D。 优选地，本翅片的设计是围绕每一个制冷基管孔的中心，在气体来流侧和出流侧各开设有两个椭圆孔，椭圆孔中心与相邻制冷基管孔中心在翅片高度方向上的距离为B1，与相邻制冷基管孔中心在翅片宽度方向上的距离B2进一步，所述位于翅片表面空气来流侧与出流侧的二列椭圆孔的数目相同，制冷基管孔直径为D，椭圆孔长轴的尺寸为r，短轴为t，r/D=0.68-0.76，t/r=0.68-0.83。 更优选，椭圆穿孔翅片高度为H，宽度为B，厚度W，制冷基管孔孔径为D，各制冷基管孔之间中心距为Y，制冷基管孔之间的椭圆孔与相邻制冷基管孔的中心点间距为Y/2。所述翅片中各尺寸之间的相对关系为：t/B1=0.45-0.56，r/B2=1.00-1.22，D/Y=0.39-0.43，D/B=0.31-0.35，B1/B=0.32-0.39，W=0.1-0.5mm； 本申请人对翅片表面开椭圆孔的翅片管式制冷换热器进行了强化换热的优化分析。首先采用采用正交试验方法对表面开孔的孔型、孔径、位置参数等影响流动和换热的因素进行方案组合，采用数值模拟软件对各组合方案进行了模拟研究，获得了各组合方案的速度场、温度场和努谢尔特数分布，确定了各组合方案的流动和换热特征，量化比较了各方案翅片表面上换热的薄弱部位，获得了最优的组合方案。在此基础上，对优化方案进行试件加工，以平翅片管式制冷换热器试件做为比较基准，利用制冷实验风洞开展了结露工况下空气外掠翅片管式换热器的对比性实验研究。结果证实：椭圆穿孔翅片管式制冷换热器在干工况、尤其是结霜工况下具有换热效率高，节能效果显著、空气侧流动阻力小、节省金属材料的优点。 本专利技术的优点如下： 1、与平翅片、条缝形翅片及圆孔翅片相比，从传热机理的角度，翅片表面椭圆孔长、短轴的存在增强了气流对流动边界层的扰动，尤其是增强了对尾流区气体的扰动，减薄了热边界层的厚度，改善了翅片后部和基管尾部换热薄弱部位的换热效果，强化了翅片传热性能。 2、本专利技术强化了结霜工况下翅片管式制冷换热器空气侧的换热，降低了翅片表面的结霜速率，减小了空气侧的流动阻力，大幅度节省了制冷能耗。 3、在制冷量相等的情况下，本专利技术减少了翅片金属材料的用量，缩小了制冷换热器的体积。 本专利技术可应用于冰箱、冷库、冷藏柜等长期工作于结霜工况下的翅片管式制冷换热器及风冷热泵，特别适用于“高风速下快速制冷”的制冷换热器。 附图说明图1是椭圆穿孔翅片的结构示意图； 图2是A-A剖面图； 图3是椭圆孔结构； 图4是SK-E-B型椭圆穿孔翅片； 图5是椭圆孔尺寸 图6椭圆孔型翅片管式制冷换热器平面图 图7是四种翅片实物图； 图8是换热器单位面积换热量随风速的变化曲线； 图9是翅片平均表面对流换热系数随风速的变化曲线； 图10是不同风速下蒸发器阻力Δp随风速的变化曲线； 图11是不同风速下三种实验片型压缩机能效比（COP）与平翅片压缩机能效比值之比η(η＝COP/COPPF′)； 图中：1-制冷基管孔；2-第一列椭圆孔，3-第二列椭圆孔，4-第三列椭圆孔，5-翅片。 具体实施方式以下结合附图详细说明本专利技术的结构及优点： 1、翅片管式制冷换热器用椭圆穿孔翅片的几何结构： 参见图1,、图2和图3，翅片5中间开有一列制冷基管孔1，使椭圆穿孔翅片采用胀管工艺可以紧密联接于管外径为D的制冷基管上。翅片表面开有椭圆孔，沿翅片高度方向，全部椭圆孔排成三列布置：气体来流侧为第一列椭圆孔2；制冷基管中间布置第二列椭圆孔3；气体出流侧布置第三列椭圆孔4。所有椭圆孔的几何尺寸相同。 气体来流侧的第一列椭圆孔2的长轴与气体出流侧的第三列椭圆孔4长轴之间相互垂直，第二列椭圆孔3与第三列椭圆孔4的长轴相平行。第一列椭圆孔2与第三列椭圆孔4的数目相同，每相邻制冷基管孔之间布置有与来流侧椭圆孔长轴方向相垂直的椭圆孔，形成第二列椭圆孔3。 2、椭圆穿孔翅片尺寸 参见图1,、图2和图3，椭圆穿孔翅片高度为H，宽度为B，厚度W。沿翅片高度方向的中心轴线上均匀布置有数个制冷基管孔1，其孔径为D，各制冷基管孔之间中心距为Y。制冷基管孔之间的椭圆孔与相邻制冷基管孔的中心点间距为Y/2，翅片表面所有椭圆孔的长轴尺寸为r，短轴尺寸为t，二者关系为t/r=0.68-0.83。 相邻制冷基管孔之间布置的第二列椭圆孔3其长轴位于翅片的纵向中心轴线上，与来流侧椭圆孔的长轴垂直。 在翅片表面上，围绕每一个制冷基管孔的中心，在气体来流侧与出流侧各开设有2个椭圆孔，椭圆孔中心与相邻制冷基管孔中心在翅片高度方向上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于结霜工况下的翅片管式制冷换热器用椭圆穿孔翅片，沿翅片高度方向的中心轴线上均匀布置有数个制冷基管孔；其特征在于，在翅片表面开有若干椭圆孔，沿翅片高度方向，全部椭圆孔成三列布置，椭圆孔几何尺寸相同，其中两列椭圆孔分别位于翅片表面空气来流侧与出流侧，来流侧椭圆孔的长轴与气流流向平行，并与气流出流侧椭圆孔的长轴方向相垂直；另一列椭圆孔位于制冷基管孔之间，这一列椭圆孔的长轴方向与空气出流侧椭圆孔的长轴方向相平行；所述椭圆孔长轴为r，短轴为t，制冷基管孔直径为D。

【技术特征摘要】
1.适用于结霜工况下的翅片管式制冷换热器用椭圆穿孔翅片，沿翅片高度方向
的中心轴线上均匀布置有数个制冷基管孔；其特征在于，在翅片表面开有若干椭
圆孔，沿翅片高度方向，全部椭圆孔成三列布置，椭圆孔几何尺寸相同，其中两
列椭圆孔分别位于翅片表面空气来流侧与出流侧，来流侧椭圆孔的长轴与气流流
向平行，并与气流出流侧椭圆孔的长轴方向相垂直；另一列椭圆孔位于制冷基管
孔之间，这一列椭圆孔的长轴方向与空气出流侧椭圆孔的长轴方向相平行；所述
椭圆孔长轴为r，短轴为t，制冷基管孔直径为D。
2.根据权利要求1所述的适用于结霜工况下的翅片管式制冷换热器用椭圆穿孔
翅片，其特征在于：围绕每一个制冷基管孔的中心，在气体来流侧和出流侧各开
设有两个椭圆孔，椭圆孔的中心与相邻制冷基管孔中心在翅片高度方向上的距离
为B1，与相邻制冷基管孔中心在翅片宽度方向上的距离B2。
3.根据权利要求1所述的适用于结霜工况下的翅片管式制冷换热器用椭圆穿孔
翅片，其特征在于：每相邻二个制冷基管孔之间等距离设一个椭圆孔，形成中间
一列椭圆孔。
4.根据权利要求1所述的适用于结霜工况下的翅片管式制冷换热器用椭圆穿孔
翅片，其特征在于：所述椭圆孔的尺寸特征为：r/D=0.68-0.76，t/r=0.68-0.83。
5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王厚华，吴伟伟，李大伟，季文慧，刘洪磊，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85