一种纵向涡发生器及具有纵向涡发生器的换热器

摘要

本发明公开了本发明实施例中一种纵向涡发生器及具有纵向涡发生器的换热器，涉及传热技术领域。纵向涡发生器的边缘为流线型，纵向涡发生器安装在换热器的换热面上，增加了换热表面积，并且通过产生纵向涡改善局部流场，增强流体的径向流动能力和湍流强度，削弱换热边界层。流体经过流线型的纵向涡发生器时，流体与物体界面处可以很好的贴合，能延迟边界层的分离，从而能降低形体阻力和压差阻力。另外流线型迎流还能降低流体与涡发生器剧烈碰撞而产生的能量损失。因此本发明既能增强传热又能降低流动阻力，适用于各类紧凑式换热器，使用领域广。

说明书

技术领域

本发明涉及传热技术领域，特别是涉及一种纵向涡发生器及具有纵向涡发生器的换热器。

背景技术

强化传热是随着工程的发展而发展起来的一门新型技术，并且已在化工、能源、航空航天、车辆等部门得到较为广泛的应用。目前，研究各种传热过程的强化问题以便开发设计新颖的紧凑式换热器，不仅是现代工业发展中必须解决的问题，同时也是开展节能工作的迫切任务。

近年来，通过在换热器壳侧安装纵向涡发生器产生纵向涡来改变近壁处流体的湍流结构，从而提高紧凑式换热器的传热效率，取得了较好的效果。但是由于涡流发生器的存在对流体的阻碍作用也不容忽视，如果不能对通道内涡发生器形状、数目、尺寸、安装位置等进行合理的布置，其产生的阻力作用要远大于强化传热的效果，往往会带来适得其反的作用。所以合理设计通道内涡流发生器的结构及安装方式的是十分必要的。

目前，普遍认为三角翼型涡发生器综合传热效果优于矩形翼涡流发生器，但是三角翼型涡发生器的阻力仍然比较大，还有进一步降低的空间。

发明内容

本发明实施例提供了一种纵向涡发生器及具有纵向涡发生器的换热器，可以解决现有技术中存在的问题。

一种纵向涡发生器，所述纵向涡发生器为片状结构，包括两两连接的底面、 第一侧面以及第二侧面，其中所述底面和第一侧面均为平面，所述第二侧面为弧面，所述底面和第一侧面的夹角为锐角，所述第二侧面在与所述第一侧面的连接处的切面与所述第一侧面位于同一平面上，且所述第二侧面在与所述底面的连接处的切面与所述底面的夹角为锐角。

优选地，所述纵向涡发生器还包括两个平行且相对设置的相对侧面，每个所述相对侧面与所述底面、第一侧面和第二侧面均连接，所述纵向涡发生器还包括贯穿两个所述相对侧面设置的圆形通孔；

或，所述纵向涡发生器还包括在所述底面上凹陷设置的矩形槽；

或，所述纵向涡发生器还包括分别垂直设置在两个所述相对侧面上的两个矩形副翼；

或，所述纵向涡发生器还包括分别垂直设置在两个所述相对侧面上的两个流线型副翼。

优选地，所述纵向涡发生器使用金属材料制成。

本发明实施例还提供了一种具有纵向涡发生器的换热器，所述换热器包括换热面以及固定在所述换热面上的纵向涡发生器，所述纵向涡发生器为片状结构，包括两两连接的底面、第一侧面以及第二侧面，其中所述底面和第一侧面均为平面，所述第二侧面为弧面，所述底面和第一侧面的夹角为锐角，所述第二侧面在与所述第一侧面的连接处的切面与所述第一侧面位于同一平面上，且所述第二侧面在与所述底面的连接处的切面与所述底面的夹角为锐角。

优选地，所述换热器为管翅式换热器，所述换热面为换热板片，所述管翅式换热器还包括换热管道，所述换热管道贯穿所述换热板片并垂直固定在所述换热板片上，所述换热板片表面上在每个所述换热管道一侧均设有一组所述纵向涡发生器，每组所述纵向涡发生器包括两个所述纵向涡发生器，两个所述纵向涡发生器均垂直固定在所述换热板片上，同一组所述纵向涡发生器中两个所述纵向涡发生器之间具有固定的间距，且所述纵向涡发生器具有固定的迎流角。

优选地，所述换热器为套管式换热器，所述换热面为内管，所述套管式换 热器还包括外管，所述内管套设在所述外管内部，所述内管的外壁上设有螺旋片以及多个所述纵向涡发生器，所述螺旋片螺旋环绕设置在所述内管的外壁上，所述纵向涡发生器垂直固定在所述内管的外壁上，且位于所述螺旋片之间，所述纵向涡发生器成对设置，每对所述纵向涡发生器包括两个所述纵向涡发生器，相邻两对所述纵向涡发生器之间具有固定的间距，且所述纵向涡发生器具有固定的迎流角。

优选地，所述换热器为板式换热器，所述换热面为换热板，所述板式换热器还包括垂直固定设置在所述换热板上的纵向涡发生器，所述所述纵向涡发生器成对设置，每对所述纵向涡发生器包括两个所述纵向涡发生器，相邻两对所述纵向涡发生器之间具有固定的间距，且所述纵向涡发生器具有固定的迎流角。

优选地，所述纵向涡发生器使用焊接或者冲压成型的方式固定在所述换热面上。

本发明实施例中一种纵向涡发生器及具有纵向涡发生器的换热器，纵向涡发生器的边缘为流线型，纵向涡发生器安装在换热器的换热面上，增加了换热表面积，并且通过产生纵向涡改善局部流场，增强流体的径向流动能力和湍流强度，削弱换热边界层。流体经过流线型的纵向涡发生器时，流体与物体界面处可以很好的贴合，能延迟边界层的分离，从而能降低形体阻力和压差阻力。另外流线型迎流还能降低流体与涡发生器剧烈碰撞而产生的能量损失。因此本发明既能增强传热又能降低流动阻力，适用于各类紧凑式换热器，使用领域广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的纵向涡发生器的结构示意图；

图2为具有图1中纵向涡发生器的管翅式换热器的结构示意图；

图3为具有图1中纵向涡发生器的套管式换热器的结构示意图；

图4为具有图1中纵向涡发生器的板式换热器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，为本发明实施例中提供的一种纵向涡发生器的结构示意图，所述纵向涡包括多种类型，图1中仅示出了优选的几种实施方式，从上至下分别为第一纵向涡发生器100、第二纵向涡发生器110、第三纵向涡发生器120、第四纵向涡发生器130、第五纵向涡发生器140和第六纵向涡发生器150。其中，所述第三纵向涡发生器120、第四纵向涡发生器130、第五纵向涡发生器140和第六纵向涡发生器150均为在所述第一纵向涡发生器100的基础上进行的改进，可以理解的是，还可以将所述第三纵向涡发生器120、第四纵向涡发生器130、第五纵向涡发生器140和第六纵向涡发生器150的改进应用在所述第二纵向涡发生器110上。

所述第一纵向涡发生器100和第二纵向涡发生器110均为片状结构，所述第一纵向涡发生器100包括第一底面101、第一侧面102和第二侧面103，所述第一底面101和第一侧面102均为平面且相交，其夹角为锐角，所述第二侧面103为弧面，所述第二侧面103在所述第一侧面102与第二侧面103连接处的切面与所述第一侧面102位于同一平面上，所述第二侧面103与第一底面101的夹角为锐角。

所述第二纵向涡发生器110与所述第一纵向涡发生器100的结构相似，也具有两两连接的第二底面111、第三侧面112和第四侧面113，所述第二底面111和第三侧面112也均为平面，所述第四侧面113也为弧面，所述第四侧面113在所述第三侧面112与第四侧面113连接处的切面与所述第三侧面112位于同一平面上，所述第二底面111和第四侧面113之间的夹角为锐角。不同之处在于，所述第三侧面112的长度大于所述第一侧面102的长度，且所述第二底面111与第三侧面112之间的夹角小于所述第一底面101与第一侧面102之间的夹角。

所述第三纵向涡发生器120在两个平行且相对设置的相对侧面上设有贯穿的圆形通孔121，所述第四纵向涡发生器130在底面上设有凹陷的矩形槽131，所述第五纵向涡发生器140在两个所述相对侧面上垂直设有矩形副翼141，所述第六纵向涡发生器150在两个所述相对侧面上垂直设有流线副翼151。在本实施例中，所述第一纵向涡发生器100、第二纵向涡发生器110、第三纵向涡发生器120、第四纵向涡发生器130、第五纵向涡发生器140和第六纵向涡发生器150均使用金属材料制成，例如铜或铝等。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种具有图1中纵向涡发生器的换热器，下面对几种优选的换热器进行详细说明。

图1中所述的纵向涡发生器可以安装在换热面上，以构成所述换热器。参照图2，本发明实施例中提供的管翅式换热器中所述换热面为换热板片200，所述管翅式换热器还包括换热管道210以及所述第一纵向涡发生器100，所述换热管道210贯穿所述换热板片200并垂直固定在所述换热板片200上，所述换热板片200表面上在每个所述换热管道210一侧均设有一组所述第一纵向涡发生器100，每组所述第一纵向涡发生器100包括两个所述第一纵向涡发生器100，两个所述第一纵向涡发生器100均垂直固定在所述换热板片200上，同一组所述第一纵向涡发生器100中两个所述第一纵向涡发生器100之间具有固定的间 距，且所述第一纵向涡发生器100具有固定的迎流角，其中所述迎流角是指所述第一纵向涡发生器100与流体流动方向之间的夹角。

参照图3，本实施例提供的套管式换热器中所述换热面为内管300，所述套管式换热器还包括外管320，所述内管300套设在所述外管320内部，所述内管300的外壁上设有螺旋片310以及多个所述第一纵向涡发生器100，所述螺旋片310螺旋环绕设置在所述内管300的外壁上，所述第一纵向涡发生器100垂直固定在所述内管300的外壁上，且位于所述螺旋片310之间，所述第一纵向涡发生器100成对设置，每对所述第一纵向涡发生器100包括两个所述第一纵向涡发生器100，相邻两对所述第一纵向涡发生器100之间具有固定的间距，且所述第一纵向涡发生器100具有固定的迎流角。

参照图4，本实施例中提供的板式换热器中所述换热面为换热板400，所述板式换热器还包括垂直固定设置在所述换热板400上的第一纵向涡发生器100，所述所述第一纵向涡发生器100成对设置，每对所述第一纵向涡发生器100包括两个所述第一纵向涡发生器100，相邻两对所述第一纵向涡发生器100之间具有固定的间距，且所述第一纵向涡发生器100具有固定的迎流角。

在图2、图3和图4中的换热器中均以使用所述第一纵向涡发生器100为例进行说明，可以理解的是，还可以将所述第一纵向涡发生器100替换为所述第二纵向涡发生器110、第三纵向涡发生器120、第四纵向涡发生器130、第五纵向涡发生器140或第六纵向涡发生器150，或者还可以使用将所述第三纵向涡发生器120、第四纵向涡发生器130、第五纵向涡发生器140和第六纵向涡发生器150的改进应用在所述第二纵向涡发生器110上的纵向涡发生器。同时，图2、图3和图4中的所述第一纵向涡发生器100均使用焊接或者冲压成型的方式固定在所述换热面上。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要 求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。