一种板翅式换热器的双向波纹型导流封头及其构建方法技术

本发明专利技术涉及了一种板翅式换热器的双向波纹型导流封头及其构建方法，属于换热技术领域。双向波纹型导流封头包括封头壳体、入口接管及导流结构；导流结构包括带孔波纹板及两片构成八字型的带孔波纹导流翼板，带孔波纹导流翼板位于入口接管与带孔波纹板间且与二者邻接；由带孔波纹导流翼板对称面指向两侧的方向，带孔波纹导流翼板与带孔波纹板上导流孔的孔径、孔间距均逐渐增大。该封头的流域结构更符合物流在入口接管内的流速分布，有效地提高物流进入换热器翅片通道内的均匀性，提升换热器的总传热系数。

Bidirectional ripple type flow head of plate fin heat exchanger and construction method thereof

The invention relates to a two-way ripple type diversion head of a plate fin heat exchanger and a construction method thereof, belonging to the technical field of heat exchange. Double corrugated guide head comprises a sealing head shell, and take over the entrance guide structure; guide hole corrugated wing plate with guide structure including perforated corrugated plate and two pieces of a character type, with diversion hole corrugated flange plate with hole at the entrance pipe and corrugated plates with two adjacent sides; pointing direction by the hole corrugated plate fin symmetrical plane aperture with a hole and wave guide hole pattern guide wing plate and corrugated plate with holes on the hole spacing increased. The basin structure of the head is more in line with the flow velocity distribution of the logistics in the inlet pipe, effectively improves the uniformity of the flow of the material into the fin channel of the heat exchanger, and improves the total heat transfer coefficient of the heat exchanger.

【技术实现步骤摘要】
一种板翅式换热器的双向波纹型导流封头及其构建方法
本专利技术涉及热交换
，具体地说，涉及一种板翅式换热器的双向波纹型导流封头及其构建方法。
技术介绍
板翅式换热器广泛应用于空气分离、石油化工、天然气液化等工业领域，是实现冷凝、液化、蒸发等热交换的关键装备，具有小温差不稳定传热、二次传热、允许阻力小、多股流物性变化激烈等显著特点，由翅片、隔板、封条、封头和导流片组成，其结构核心为板束，包括多个由翅片、导流片放入两个隔板间再配合封条组成的通道。翅片放置在隔板间，并用封条固定，芯体在真空炉中钎焊，两端焊接封头。随着换热器流量的增加，物流分配的不均匀性会加剧换热器内部温度场分布不均匀，从而导致换热器整体换热效率的下降，引起物流分配不均的重要因素之一是封头结构的设计不合理，尤其是未考虑物流在入口接管中央部分的流速大，越靠近管壁处流速越小的问题，导致物流会主要集中在入口接管的中央部分而引起物流的分配不均。公布号为CN103017591A的专利文献中公开了一种板翅式换热器的封头，如其附图所示，其包括封头壳体2、与封头壳体2连通的入口接管1及固设于封头壳体2二分之一处的导流板3，在导流板3上设有若干导流孔，导流孔的孔径为入口接管1管径的五分之一，孔间距为导流孔孔径的二分之一。导流板3构成该封头对物流的导流结构，以对流经其的物流进行分配，并通过在导流板3与入口接管1中央部分对应位置处不设置导流孔，以使物流分配更均匀，虽然考虑物流集中在入口接管中央部分的情况，但是该部分导流板后方处物流被阻断了，导致该部分分配也不均匀。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双向波纹型导流封头，使其对流入板翅式换热器通道层内的物流的分配更符合物流在入口接管内流速的分布情况，使物流分配更均匀；本专利技术的另一目的是提供了一种构建上述双向波纹型导流封头的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供的板翅式换热器封头包括封头壳体、与封头壳体连通的入口接管及固设在封头壳体内的导流结构。导流结构包括带孔波纹板及两片倾斜布置成八字型的带孔波纹导流翼板；带孔波纹导流翼板上端与入口接管下端口固接，下端与带孔波纹板相交并固接，两侧边与封头壳体的内壁相交并固接；带孔波纹板的侧边与封头壳体的内壁相交并固接；带孔波纹导流翼板为单对称面结构，位于其对称面两侧的导流孔的孔径、孔间距均逐渐增大；带孔波纹板为双对称面结构，位于与带孔波纹导流翼板的对称面共面的一对称面两侧的导流孔的孔径、孔间距均逐渐增大。带孔波纹板与带孔波纹导流翼板在导流翼板对称面两侧导流孔的孔径、孔间距逐渐增大，从而使集中在入口接管中央部分的物流部分被分流至两侧物流较少处，从而使经导流板调整后的物流在中央部分与周围部分均有物流且分配更趋于均匀；此外，通过将导流结构设置成包括八字型结构分布的导流翼板与位于下方的导流板，使物流从入口接管进入封头壳体内后，先在入口接管内壁与封头壳体内壁相交处进行一次物流分配，在带孔波纹导流翼板及其上的导流孔处进行二次流体分配，在带孔波纹板及其上的导流孔处进行三次流体分配，经三次分配后流入换热器翅片通道层内的物流均匀性得到有效地提高；同时，由于带孔波纹导流翼板与带孔波纹板均为波纹型曲面结构，使得物流分配更加均匀。一个具体的方案为带孔波纹导流翼板上位于其对称面的垂直面两侧的导流孔等孔径、等孔距；带孔波纹板上位于其另一对称面两侧的导流孔等孔径、等孔距。设置成等孔距、等间距，可在确保分配均匀性的前提，提高导流板可制造性能。另一个具体的方案为带孔波纹导流翼板为正弦形波纹板，正弦形波纹板的波谷槽沿封头壳体的长度方向布置；沿入口接管径向指向其轴线的方向，带孔波纹板逐渐朝上凸起。另一具体的方案为封头壳体包括垂向半椭圆柱面壳及位于垂向半椭圆柱面壳两端且与其对接的1/4椭球面壳。优选的方案为带孔波纹导流翼板的对称面沿封头壳体长度方向布置且入口接管的轴线位于其上，带孔波纹板另一对称面沿封头壳体的宽度方向布置且入口接管的轴线位于其上。优选的方案为带孔波纹导流翼板位于其对称面两侧的导流孔的孔径、孔间距均为等差增大，带孔波纹板位于其一对称面两侧的导流孔的孔径、孔间距均为等差增大。为了实现上述另一目的，本专利技术提供构上述任一技术方案所描述的双向波纹型导流封头的方法包括：获得双向波纹型板与封头壳体内壁相交处的初始点，双向波纹型板为带孔波纹板或带孔波纹导流翼板；使用移动最小二乘算法，构建系数向量、基函数及紧支节点，在离散点附近子域内定义权函数向量，拟合得到双向波纹型曲面；将拟合得到的双向波纹型曲面有理化，表达为裁剪的基曲面、裁剪曲面外环和裁剪曲面内环；对基曲面的控制顶点做线性回归得到基准线，改变控制顶点到基准线的距离，控制双向波纹型曲面的形状与波纹度，获取双向波纹型板的导流面。通过上述各步骤的配合，从而在构建双向波纹型板的过程中对其形状与波纹度进行控制，以优化出更好物流分配效果。具体的方案为：步骤1，根据设计中双向波纹型板与封头壳体的相对位置关系，在封头边界上均匀选取若干初始点，在封头壳体的底部中心偏上位置选取一关键点，以控制曲面上凸；步骤2，对选取的初始点划分网格，根据网格点位置形成uv方向的数据点列{Vi,j,＝0,1,…,m,j＝0,1,…,n}；步骤3，根据步骤2形成的数据点列构造出逼近待插值数据点的双向波纹型曲面；步骤4，根据步骤3所获得的双向波纹型曲面，选取其关键点并与步骤(1)中的点集共同组成点云{(xi,yi),i＝1,2,…,n}；步骤5，对选取的点云{(xi,yi),i＝1,2,…,n}划分网格；步骤6，使用移动最小二乘法对每个网格点(xi,yi)进行校正调整，连接经校正调整后的网格点以拟合成双向波纹型曲面；步骤7，将拟合得到的双向波纹型曲面有理化，表达为裁剪的基曲面、裁剪曲面外环和裁剪曲面内环；步骤8，利用梯度下降法作多项式拟合得到控制网格的基准线方程C(x,y)＝0，将控制点到基准线的距离扩大或缩小，控制双向波纹型曲面的波纹度和波峰，获取双向波纹型板的导流面。附图说明图1是本专利技术双向波纹型导流封头实施例的立体示意图；图2是本专利技术双向波纹型导流封头实施例的结构示意图；图3是本专利技术双向波纹型导流封头实施例中带孔波纹导流翼板的主视示意图；图4是图3所示带孔波纹导流翼板的右侧端面结构示意图；图5是本专利技术双向波纹型导流封头实施例中带孔波纹板的主视示意图；图6是本专利技术双向波纹型导流封头实施例中带孔波纹板的俯视示意图；图7是构建本专利技术双向波纹导流封头实施例中带孔波纹导流翼板的双向波纹型曲面经有理化处理后得到的基曲面及其控制顶点示意图；图8是构建本专利技术双向波纹型导流封头实施例中带孔波纹导流翼板的双向波纹型曲面经有理化处理后得到裁剪曲面外环图；图9是本专利技术双向波纹型导流封头实施例对比例的流场分布仿真结果图；图10是本专利技术双向波纹型导流封头实施例的流场分布仿真结果图。具体实施方式以下结合实施例及其附图对本专利技术作进一步说明。该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。实施例参见图1至图6，双向波纹型导流封头包括封头壳体、与封头壳体连通的入口接管1及固设于封头壳体内的导流结构，入口接管1为圆柱壳结构。封头壳体由垂向半椭圆柱面壳2及位于垂向半椭圆柱面壳2两端且与其对接的1/4椭球面壳3构成，垂向半椭圆柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种板翅式换热器的双向波纹型导流封头，包括封头壳体、与所述封头壳体连通的入口接管及固设在所述封头壳体内的导流结构；其特征在于：所述导流结构包括带孔波纹板及两片倾斜布置成八字型的带孔波纹导流翼板；所述带孔波纹导流翼板的上端与所述入口接管的下端口固接，下端与所述带孔波纹板相交并固接，两侧边与所述封头壳体的内壁相交并固接；所述带孔波纹板的侧边与所述封头壳体的内壁相交并固接；所述带孔波纹导流翼板为单对称面结构，位于其对称面两侧的导流孔的孔径、孔间距均逐渐增大；所述带孔波纹板为双对称面结构，位于与所述带孔波纹导流翼板的对称面共面的一对称面两侧的导流孔的孔径、孔间距均逐渐增大。

【技术特征摘要】
1.一种板翅式换热器的双向波纹型导流封头，包括封头壳体、与所述封头壳体连通的入口接管及固设在所述封头壳体内的导流结构；其特征在于：所述导流结构包括带孔波纹板及两片倾斜布置成八字型的带孔波纹导流翼板；所述带孔波纹导流翼板的上端与所述入口接管的下端口固接，下端与所述带孔波纹板相交并固接，两侧边与所述封头壳体的内壁相交并固接；所述带孔波纹板的侧边与所述封头壳体的内壁相交并固接；所述带孔波纹导流翼板为单对称面结构，位于其对称面两侧的导流孔的孔径、孔间距均逐渐增大；所述带孔波纹板为双对称面结构，位于与所述带孔波纹导流翼板的对称面共面的一对称面两侧的导流孔的孔径、孔间距均逐渐增大。2.根据权利要求1所述的双向波纹型导流封头，其特征在于：所述带孔波纹导流翼板上位于其对称面的垂直面两侧的导流孔等孔径、等孔距；所述带孔波纹板上位于其另一对称面两侧的导流孔等孔径、等孔距。3.根据权利要求1所述的双向波纹型导流封头，其特征在于：所述带孔波纹导流翼板为正弦形波纹板，所述正弦形波纹板的波谷槽沿所述封头壳体的长度方向布置；沿所述入口接管的径向指向其轴线的方向，所述带孔波纹板逐渐朝上凸起。4.根据权利要求1所述的双向波纹型导流封头，其特征在于：所述封头壳体包括垂向半椭圆柱面壳及位于所述垂向半椭圆柱面壳两端且与其对接的1/4椭球面壳。5.根据权利要求1至4任一项所述的双向波纹型导流封头，其特征在于：所述带孔波纹导流翼板的对称面沿所述封头壳体的长度方向布置且所述入口接管的轴线位于其上，所述带孔波纹板的另一对称面沿所述封头壳体的宽度方向布置且所述入口接管的轴线位于其上。6.根据权利要求1至4任一项所述的双向波纹型导流封头，其特征在于：所述带孔波纹导流翼板位于其对称面两侧的导流孔的孔径、孔间距均为等差增大，所述带孔波纹板位于所述一对称面两侧的导...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐敬华，张树有，谭建荣，高翔宇，陈晓杰，陈前勇，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33