一种用于板翅式换热器的新型高效分形翅片制造技术

本实用新型专利技术适用于换热设备领域，提供了一种基于三分康托集创建的新型分形翅片；由N阶(N≧2)间隔排列的平直翅片段组成，相邻两阶的平直翅片段的长度不断缩减，翅片的个数不断增多且相邻两阶翅片的间隔距离相同。第一阶翅片由一段平直翅片组成。每个第N阶平直翅片段的长度是每个第N‑1阶平直翅片段长度的1/3，第N阶平直翅片段的个数是第N‑1阶平直翅片段个数的2倍。本实用新型专利技术促进了流体的混合，减少了漩涡死滞区，增强了空气与翅片间的对流传热过程，从而提高了换热器的换热性能。并且，本实用新型专利技术结构简单、制造容易、生产成本较低、实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于换热器领域，尤其涉及一种用于板翅式换热器的新型高效分形翅片
技术介绍
目前板翅式换热器作为一种高效、紧凑、轻巧的换热设备，已在石油化工、航空航天、电子、冶金和机械等领域得到广泛应用，并在利用热能、回收余热、节约原料、降低成本以及一些特殊用途上取得了显著的经济效益。板翅式换热器为高效紧凑的换热设备之一，其主要传热元件是板间的翅片，常用的翅片形式主要有：平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片、百叶窗翅片、开缝翅片等。随着板翅式换热器应用范围的逐步扩大，对翅片性能提出了更高的要求，开发新型翅片的需求也越来越迫切。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种用于板翅式换热器的新型高效分形翅片，旨在解决现有翅片换热器换热效率低、空气侧阻力大的问题。为实现上述目的，本技术提出一种用于板翅式换热器的新型高效分形翅片，包括N阶(N≧2)间隔平行排列的平直翅片段，相邻两阶的平直翅片段的长度不断缩减，翅片的个数不断增多且相邻两阶翅片的间隔距离相同；第一阶翅片由一段平直翅片组成；每个第N阶平直翅片段的长度是每个第N-1阶平直翅片段长度的1/3，第N阶平直翅片段的个数是第N-1阶平直翅片段个数的2倍。所述第N阶平直翅片段的起点与第N-1阶平直翅片段的起点连线与第N-1阶翅片垂直，第N阶另一平直翅片段的起点与第N-1阶平直翅片段的2/3处的连线与第N-1阶平直翅片段垂直；且N阶平直翅片段以第1阶平直翅片段的中心线对称设置。本技术的技术方案是这样实现的:（1）设计两种分形锯齿型翅片，即Ⅰ翅片和Ⅱ翅片；（2）利用三分康托集创建分形平直型翅片，即Ⅲ翅片和Ⅳ翅片；（3）建立分形翅片的层流、湍流模型，并利用fluent软件进行数值模拟，将其结果与平板翅片进行对比，研究其流动与传热性能；（4）根据第三步得出的结果，建立较优翅片和平板翅片的三维大涡模拟模型并进行数值模拟，研究翅片的换热量随时间的变化关系，分析比较得出最优翅片结构。本技术利用三分康托集开发出一种分形平直型翅片，当空气进入分形翅片区域时，翅片段之间的间隔中断了空气在平直基片上的热边界层的继续形成，减薄了热边界层；同时，在段间隔处有冷空气进入，促进了流体的混合，减少了漩涡死滞区，增强了空气与翅片间的对流传热过程，从而提高了换热器的换热性能。附图说明图1是本技术即2阶分形平直型翅片的结构立体示意图；1.平直翅片段，2.平直翅片段的起点。图2是Ⅰ翅片即1阶分形锯齿型翅片的结构立体示意图；图3是Ⅱ翅片即2阶分形锯齿型翅片的结构立体示意图；图4是Ⅲ翅片即1阶分形平直型翅片的结构立体示意图；图5是五种翅片单位压降换热量与进口速度的关系曲线；图6是五种翅片的努塞尔数随压降变化曲线；图7是Ⅱ翅片、Ⅳ翅片和平板翅片的换热量随时间变化曲线。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。图1示出了本技术实施例提供的分形翅片的结构示意图。图2是Ⅰ翅片即1阶分形锯齿型翅片的结构立体示意图；图3是Ⅱ翅片即2阶分形锯齿型翅片的结构立体示意图；图4是Ⅲ翅片即1阶分形平直型翅片的结构立体示意图；为了便于说明，仅仅示出了与本技术实施例相关的部分。一种用于板翅式换热器的新型高效分形翅片，由N阶间隔排列的平直翅片段1组成，相邻两阶的平直翅片段的长度不断缩减，翅片的个数不断增多且相邻两阶翅片的间隔距离相同。第一阶翅片由一段平直翅片组成。每个第N阶平直翅片段的长度是每个第N-1阶平直翅片段长度的1/3，第N阶平直翅片段的个数是第N-1阶平直 翅片段个数的2倍。第N阶平直翅片段的起点2与第N-1阶平直翅片段的起点连线与第N-1阶翅片垂直，第N阶另一平直翅片段的起点与第N-1阶平直翅片段1的2/3处的连线与第N-1阶平直翅片段垂直；且N阶平直翅片段以第1阶平直翅片段的中心线对称设置。当空气进入分形翅片区域时，平直翅片段1之间的间隔中断了空气在平直基片上的热边界层的继续形成，减薄了热边界层；同时，在段间隔处有冷空气进入，促进了流体的混合，减少了漩涡死滞区，增强了空气与翅片间的对流传热过程，从而提高了换热器的换热性能。通过采用数值模拟技术，分别对一般平板翅片和四种分形翅片进行了传热和阻力的计算，得出如下结论:图5是五种翅片单位压降换热量与进口速度的关系曲线。其中的平板翅片指的是现有的只有一层散热平板的翅片。由图可知，随着入口速度的增加，五种翅片的单位压降的换热量逐渐减小。其中，I翅片单位压降的换热量最小，说明其传热效果最差；Ⅲ翅片和Ⅳ翅片单位压降的换热量均大于平板翅片，且相对于平板翅片的增量分别为3.2%～8.3%和12.4%～22.9%。图6是五种翅片的努塞尔数随压降变化曲线。其中的平板翅片指的是现有的只有一层散热平板的翅片。由图可知，随着压降的增大，五种翅片的努塞尔数逐渐增大。当压降相同时，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ翅片的努塞尔数均大于平板翅片的，其中，Ⅳ翅片的努塞尔数最大，相对于平板翅片提高了5.5%-71.5%。图7是Ⅱ翅片、Ⅳ翅片和平板翅片的换热量随时间变化曲线。其中的平板翅片指的是现有的只有一层散热平板的翅片。由图可知，随着时间的增加，Ⅳ翅片的换热量总是大于Ⅱ翅片和平板翅片的换热量。通过上述分析可知，Ⅳ翅片即2阶分形平直型翅片的综合传热性能最好，可作为优化结果。相对于现有的普通平板翅片，优化后的分形平直翅片能有效地增强传热能力，从而降低成本。以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于板翅式换热器的新型高效分形翅片，其特征在于：包括N阶间隔平行排列的平直翅片段，其中N≧2，相邻两阶的平直翅片段的长度不断缩减，翅片的个数不断增多且相邻两阶翅片的间隔距离相同；第一阶翅片由一段平直翅片组成；每个第N阶平直翅片段的长度是每个第N‑1阶平直翅片段长度的1/3，第N阶平直翅片段的个数是第N‑1阶平直翅片段个数的2倍。

【技术特征摘要】
1.一种用于板翅式换热器的新型高效分形翅片，其特征在于：包括N阶间隔平行排列的平直翅片段，其中N≧2，相邻两阶的平直翅片段的长度不断缩减，翅片的个数不断增多且相邻两阶翅片的间隔距离相同；第一阶翅片由一段平直翅片组成；每个第N阶平直翅片段的长度是每个第N-1阶平直翅片段长度的1/3，第N阶平直翅片段的个数是第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周俊杰，绳冉冉，张东伟，史灿彪，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：新型
国别省市：河南;41