CN114877727A - 基于卡门涡街效应的板式换热器 - Google Patents
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Abstract
一种基于卡门涡街效应的板式换热器,包括箱体,箱体内设有换热机构,换热机构包括翼型板翅,翼型板翅通过回旋弹簧与箱体连接,翼型板翅上设有绕流通道,绕流通道的入孔位于翼型板翅前端部,绕流通道的出孔位于翼型板翅的侧部。所述的换热机构还包括扰流柱,扰流柱位于翼型板翅前端。针对现有技术的缺点,本发明有助于减小翼型板翅前端的压力,绕流通道把压差引导翼型板翅一侧就可以打破两端对称平衡,让翼型板翅摆动起来;摆动一定角度就会改变原先压力分布规律,使得翼型板翅前后两端的压差消逝。
Description
技术领域
本发明属于板式换热器领域,特别涉及一种基于卡门涡街效应的板式换热器。
背景技术
板式换热器被广泛应用于化工、石油、制冷、核能和动力等工业,由于世界性的能源危机,为了降低能耗,工业生产中对换热器的需求量也越来越多,对换热器的质量要求也越来越高。近几十年来,紧凑式换热器(板式、板翅式、压焊板式换热器等)、热管式换热器、直接接触式换热器等得到了迅速的发展。
现有的板翅式换热器(例如中国专利文献CN111735328A公开的一种换热器)存在的缺点为:流体流到波状翅片肩部时,会产生很大局部压力损失(及局部高压),很可能造成板式换热器变形或损坏。
发明内容
鉴于背景技术所存在的技术问题,本发明所提供的基于卡门涡街效应的板式换热器,针对现有技术的缺点,本发明有助于减小翼型板翅前端的压力,绕流通道把压差引导翼型板翅一侧就可以打破两端对称平衡,让翼型板翅摆动起来;摆动一定角度就会改变原先压力分布规律,使得翼型板翅前后两端的压差消逝。
为了解决上述技术问题,本发明采取了如下技术方案来实现:
一种基于卡门涡街效应的板式换热器,包括箱体,箱体内设有换热机构,换热机构包括翼型板翅,翼型板翅通过回旋弹簧与箱体连接,翼型板翅上设有绕流通道,绕流通道的入孔位于翼型板翅前端部,绕流通道的出孔位于翼型板翅的侧部。
优选的方案中,所述的换热机构还包括扰流柱,扰流柱位于翼型板翅前端。
优选的方案中,所述的翼型板翅前端设有凹槽,绕流通道的入孔位于所述的凹槽处,扰流柱位于凹槽前端;绕流通道为L型或弧形。
优选的方案中,所述的扰流柱为圆柱形,凹槽为半圆形,凹槽和扰流柱的半径相同。
优选的方案中,所述的回旋弹簧内嵌于翼型板翅侧部。
本专利可达到以下有益效果:
1、针对现有技术的缺点,本发明有助于减小翼型板翅前端的压力,绕流通道把压差引导翼型板翅一侧就可以打破两端对称平衡,让翼型板翅摆动起来;摆动一定角度就会改变原先压力分布规律,使得翼型板翅前后两端的压差消逝。
1、本发明在换热器中加入扰流柱和带有绕流通道的翼型板翅,有效地提高了换热器整体的换热效率。扰流柱固定在带有绕流通道的翼型板翅前端凹槽处前,利用卡门涡街效应,增加气体的扰流性,增加换热效率。
2、在流体的作用力下,带有绕流通道的翼型板翅向下摆动,当回旋弹簧受到一定的压力时,会促使带有绕流通道的翼型板翅反向运动,从而形成往复运动,相对于传统的换热器更有助于破坏流体与流道壁面的热边界层厚度,强化换热,且这种运动是自发性,无需借助外力。
3、绕流通道为L型,不仅能够有效增大流体换热面积,同时也起到一定的扰流效果,有助于强化散热。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
图1为本发明俯视图;
图2为本发明翼型板翅三维结构图(未安装回旋弹簧);
图3为本发明翼型板翅主视图;
图4为本发明翼型板翅三维结构图(已安装回旋弹簧);
图5为本发明消除局部高压的受力分析图图一(此时翼型板翅刚产生局部高压);
图6为本发明消除局部高压的受力分析图图二(此时翼型板翅向下摆动);
图7为本发明消除局部高压的受力分析图图三(此时翼型板翅向上摆动)。
图中:箱体1、扰流柱2、翼型板翅3、回旋弹簧4、绕流通道5。
具体实施方式
实施例1:
优选的方案如图1至图7所示,一种基于卡门涡街效应的板式换热器,包括箱体1,箱体1内设有换热机构,换热机构包括翼型板翅3,翼型板翅3通过回旋弹簧4与箱体1连接,翼型板翅3上设有绕流通道5,绕流通道5的入孔位于翼型板翅3前端部,绕流通道5的出孔位于翼型板翅3的侧部。
如图1所示,箱体1左侧设置有进气口,箱体1右侧设置有出气口,箱体1内设置多个换热机构,换热机构包括扰流柱2、翼型板翅3和回旋弹簧4, 翼型板翅3上设有绕流通道5。如图2所示,两个回旋弹簧4(或叫扭转弹簧)内嵌于翼型板翅3两侧,使翼型板翅3能在一定范围内摆动。
如图3所示,优选地,翼型板翅3通过转轴和回旋弹簧4与箱体1内壁连接。
进一步地,换热机构还包括扰流柱2,扰流柱2位于翼型板翅3前端。利用卡门涡街效应,增加气体的扰流性,增加换热效率。
进一步地,翼型板翅3前端设有凹槽,绕流通道5的入孔位于所述的凹槽处,扰流柱2位于凹槽前端;绕流通道5为L型或弧形。
本实施例中,扰流柱2为圆柱形,凹槽为半圆形,凹槽和扰流柱2的半径相同。带有绕流通道的翼型板翅顶部凹槽的曲率为0.073,曲率半径为13.66mm。绕流通道5的出孔位于凹槽的中心位置和距离翼型前缘93.5mm的位置。
本发明的原理为:
如图5所示,当流体流过翼型板翅3时,会在翼型板翅3的上下区域产生局部高压,图中灰度值越深表示压力越大,如果是彩图,则红色表示高压。
如图6-7所示,部分流体穿过绕流通道时,会在翼型板翅产生侧向的反推力,翼型板翅向下摆动,同时又受到回旋弹簧4的作用,翼型板翅又会向上摆动,翼型板翅上下摆动的过程中会使局部高压消除。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案,而不应视为对于本发明的限制,本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案,包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进,也在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于卡门涡街效应的板式换热器,包括箱体(1),箱体(1)内设有换热机构,其特征在于:换热机构包括翼型板翅(3),翼型板翅(3)通过回旋弹簧(4)与箱体(1)连接,翼型板翅(3)上设有绕流通道(5),绕流通道(5)的入孔位于翼型板翅(3)前端部,绕流通道(5)的出孔位于翼型板翅(3)的侧部。
2.根据权利要求1所述的基于卡门涡街效应的板式换热器,其特征在于:换热机构还包括扰流柱(2),扰流柱(2)位于翼型板翅(3)前端。
3.根据权利要求2所述的基于卡门涡街效应的板式换热器,其特征在于:翼型板翅(3)前端设有凹槽,绕流通道(5)的入孔位于所述的凹槽处,扰流柱(2)位于凹槽前端;绕流通道(5)为L型或弧形。
4.根据权利要求2所述的基于卡门涡街效应的板式换热器,其特征在于:扰流柱(2)为圆柱形,凹槽为半圆形,凹槽和扰流柱(2)的半径相同。
5.根据权利要求1所述的基于卡门涡街效应的板式换热器,其特征在于:回旋弹簧(4)内嵌于翼型板翅(3)侧部。
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