一种降低流动阻力的空气冷却器用换热管制造技术

本实用新型专利技术公开一种降低流动阻力的空气冷却器用换热管，包括基管及基管上凸起的翅片；相邻翅片间构成沟槽状的用于换热的槽道；槽道中的两个侧壁为光滑的翅片表面；在相邻翅片之间的换热表面上包括多个凹坑以形成粗糙的换热表面；凹坑沿槽道延伸方向布置；凹坑包括多个单元面相互拼接而成的多棱底面。雷诺数较低的情况下，基管表面的粗糙表面可以促使流体边界层转捩，尽快从层流边界层发展成湍流边界层，有利于提高蒸发冷却器的换热系数；雷诺数较大情况下，湍流边界层内的流体小微团充分与主流进行质量与动量交换，因而边界层内的流体获得足够动量克服逆压力梯度，使得边界层分离位置沿壁面向下游延伸，造成尾流负压区宽度减小，前后压力差减小，减小阻力。

【技术实现步骤摘要】
一种降低流动阻力的空气冷却器用换热管
本技术涉及空气冷却器的换热管结构领域，具体涉及一种适用于冷却/冷凝换热器，特别是一种降低流动阻力的空气冷却器用换热管。
技术介绍
空气冷却/冷凝器具有省水，与环境友好，经济性好等多项优点。长期以来获得各行各业的重视，尤其是现在，随着环保意识的提高，水的循环使用越来越普遍，因此，利用空冷器通过空气冷却循环水的技术得到长足进步。机械式空气冷却器顶部设置有风机，在风机的抽吸下，周围的空气能够通过空冷器底部的百叶窗进入空气冷却器，并掠过换热管束，再从顶部排出。于是，换热管内的热流体将热量传递给空气，最后从顶部排出，管内的热流体达到冷却/冷凝的效果。由于换热管外侧空气的换热系数较低，为了达到强化换热的目的，有些空冷器采用翅片换热管。翅片换热管可以增加管外换热面积，提高换热效果。但是也会增加流动阻力，增加了能耗，空冷却器顶部的风机为轴流式风机，可以满足大风量的要求，但是所能提供的压头有限，因而限制了换热管的管排数，进而影响换热面积。另外，风阻的增大，因此大大提高了风机的能耗。为了降低流动阻力，许多空冷器采用椭圆换热管。如中国专利CN208620885中公开了空冷器所使用的椭圆换热管的几何尺寸以及制造方法。根据流体力学理论，流动阻力有两种：摩擦阻力与压差阻力。流线型外形的椭圆管在高雷诺数下可以推迟边界层的分离、脱体，缩小涡旋尾迹的宽度，而减小了椭圆管前后的压差阻力。在低雷诺数下，虽然流线型外形的椭圆管不易出现边界层脱离而导致压差阻力现象，但是椭圆换热管有时会出现阻力大于圆管的现象，其原因是低雷诺数下的流动阻力主要来自固体表面的摩擦阻力，而流线型外形的椭圆管的湿周面积大于圆管，所以椭圆管的阻力要大于圆管。此外。椭圆管表面的边界层为层流边界层，换热效率较低。
技术实现思路
本技术目的是：提供一种降低流动阻力的空气冷却器用换热管，解决了翅片换热管表面的压差阻力问题，从而进一步地解决了平滑表面换热效率较低的问题。本技术的技术方案是：一种整体式翅片的空气冷却器用换热管，在范围宽广的雷诺数范围内，其既可以减小流动阻力，同时还可提高换热系数的换热管。当翅片换热管上翅片之间的换热表面采用凹坑形式的粗糙表面时，不仅翅片换热管迎面和背面的压差阻力得到降低，而且翅片换热管换热表面的换热效果也得以提高。具体的，空气冷却器用换热管包括基管，基管的回转表面即为换热表面。在换热表面上形成凸起的翅片，在本领域中翅片的布置方式有多种：沿管长方向凸起的、沿回转方向凸起的、沿回转方向螺旋布置的等等。只要基于翅片间粗糙表面而达到的减少压差阻力及提高换热效果，都应当视为本技术所记载的保护范围。基管上凸起的翅片的高度大于1.0mm，该尺寸时的换热效果比较理想。一般，翅片包括：作为换热管回转轮廓的外表面，外表面上包括螺旋向的槽以形成换热管螺旋状的回转轮廓面。在相邻翅片间构成沟槽状的用于换热的槽道，槽道的两个侧壁为光滑的翅片表面。在相邻翅片之间的换热表面上包括多个凹坑以形成粗糙的换热表面，当气流经过时，凹坑造成层流内的流动的脉动，促使转捩发生。同时，表面布满凹坑比起表面平滑的层流边界层容易转捩成湍流边界，而湍流边界层的换热效率远高于层流边界层。在本方案中，凹坑的形状并不局限，可以采用圆坑、椭圆坑、多边形坑等等方式。但出于对加工模具制备的考虑，减少开模成本和降低开模难度。经过长期的研究实验及理论计算，优选具有多个单元面相互拼接而成的多棱底面的凹坑。即，孔口轮廓呈正六边形的凹坑。该凹坑包括：中心单元面及中心单元面周围的边界单元面，其中心单元面呈正六边形，周围五个梯形的边界单元面共同拼接呈正六边形。理论上，棱面越多效果越佳，但棱面越多开模难度和开模成本越高。因此，综合实际生产需要，该“正六边形的凹坑”为最佳的技术手段。凹坑的多棱底面为单一曲面方向设置的，即凹坑的多棱底面为近似的弧形面，多棱底面呈平缓的坡面过渡至换热表面，这也是出于对模具加工及冲压加工的考虑。因为，若多棱底面凹凸有致，则对模具刀头具有较高的技术要求。虽然凹凸有致的多棱底面具有技术局限性，但也应当视为本技术所记载的保护范围。凹坑的排列方式以沿槽道延伸方向布置为主，具体的，在相邻翅片之间的换热表面上包括至少一列沿槽道延伸方向布置的凹坑。若为多列凹坑，以方便机械加工为原则，本方案不具体限定排布要求。因此，其他排列方式也应当视为本技术所记载的保护范围。对于凹坑的具体布置手段：凹坑的深度为0.01~0.25mm。若，凹坑为正六边形轮廓的凹坑，则确保其边长为0.1~1.5mm。本方案中优选一种翅片以分切基管轴向的方式布置在基管回转状的换热表面上，基管上每一英寸的轴向长度中，翅片数量小于30片，该布置数量对于产品制备及换热效果也是最佳的。基于上述结构，涉及流体力学理论中，流动阻力的两种：摩擦阻力与压差阻力。摩擦阻力的特征是：当流体围绕物体表面流动时，在流体的粘性作用下，物体表面会形成薄边界层，边界层内垂直壁面方向上的速度梯度很大，造成摩擦阻力。摩擦阻力与湿周面积（物体与流体的接触面积）有关，湿周面积越大，物体受到的摩擦阻力也越大。压差阻力特征是：当流体流过钝体（如方形体、管、球等）时，由于物体前后的压力不同，产生压差，造成压差阻力。压差阻力需要边界层流动理论来理解：即，当流体横掠光滑管体时，管体表面的边界层为层流边界层，在光滑表面上，层流边界层不容易转捩为湍流，而层流边界层容易发生流动分离现象（即流线离开球的表面），形成背部的涡流区，因此，管体迎面形成高压区，背面形成较大的低压区，产生很大的阻力（压差阻力）。而球体表面有凹坑时，凹坑造成层流内的流动的脉动，出现流体微团动量交换，促使转捩发生。湍流边界层不易发生流动分离现象或者分离位置向下游延伸，从而使球体背后的涡流区低压区小，减少了前后区域的压力差。这种通过制造粗糙表面而降低压差阻力的方法最早应用在高尔夫球运动上，因而也被称为“高尔夫现象”。实验证明，表面有凹坑的标准高尔夫球比光滑表面的高尔夫球的阻力可以下降4/5。另外，表面布满凹坑的物体比起表面平滑的物体的层流边界层容易转捩成湍流边界，而湍流边界层的换热效率远高于层流边界层。综上，本技术的优点是：低风速条件下，即雷诺数较低的情况下，基管表面的粗糙表面可以促使流体边界层转捩，尽快从层流边界层发展成湍流边界层，这有利于提高蒸发冷却器的换热系数；在较高风速条件下，即雷诺数较大情况下，湍流边界层内的流体小微团充分与主流进行质量与动量交换，因而边界层内的流体获得足够动量克服逆压力梯度，使得边界层分离位置沿壁面向下游延伸，造成尾流负压区宽度减小，前后压力差减小，减小阻力。附图说明下面结合附图及实施例对本技术作进一步描述：图1为双列凹坑布置的空气冷却器用换热管局部示意图；图2为双列凹坑的横向剖面图；图3为双列凹坑的纵向剖面图；图4为单列凹坑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种降低流动阻力的空气冷却器用换热管，包括：/n基管，及基管换热表面上凸起的翅片；/n相邻翅片间构成沟槽状的用于换热的槽道；/n所述槽道中的两个侧壁为光滑的翅片表面；/n其特征在于：在相邻翅片之间的换热表面上包括多个凹坑以形成粗糙的换热表面；所述凹坑沿槽道延伸方向布置；所述凹坑包括多个单元面相互拼接而成的多棱底面；所述多棱底面包括单一的曲面方向。/n

【技术特征摘要】
1.一种降低流动阻力的空气冷却器用换热管，包括：
基管，及基管换热表面上凸起的翅片；
相邻翅片间构成沟槽状的用于换热的槽道；
所述槽道中的两个侧壁为光滑的翅片表面；
其特征在于：在相邻翅片之间的换热表面上包括多个凹坑以形成粗糙的换热表面；所述凹坑沿槽道延伸方向布置；所述凹坑包括多个单元面相互拼接而成的多棱底面；所述多棱底面包括单一的曲面方向。


2.根据权利要求1所述的一种降低流动阻力的空气冷却器用换热管，其特征在于：所述凹坑包括多个单元面拼接而成的孔口轮廓呈正六边形的多棱底面。


3.根据权利要求1所述的一种降低流动阻力的空气冷却器用换热管，其特征在于：所述多棱底面呈平缓的坡面过渡至所述换热表面。


4.根据权利要求1所述的一种降低流动阻力的空气冷却器用换热管，其特征在于：在相邻翅片之间的换热表面上包括至少一列沿槽道延伸方向布置的所述凹坑。


5.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进强，陈焕倬，武震国，
申请(专利权)人：苏州新太铜高效管有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32