[实用新型]“工”形树状式交叉流换热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种换热装置，具体涉及的是一种为强化流动和换热综合性能而设计的具有“工”形树状结构特征换热管束的“工”形树状式交叉流换热器。

背景技术

交叉流换热器是间壁式换热器的一种主要型式，具有传热效率高、结构紧凑、经济性好等特点，广泛应用于机械动力、制冷低温、汽车、航空与航天等领域，主要用于解决单相流和多相流的热量传递以及反应器内的传热反应。

管束式换热表面结构是交叉流换热器设计中常用的一种方式。管束式交叉流换热器通常是在一个壳体内布置许多平行管束，冷热两种流体通过平行换热管束进行热量交换。为提高管束式交叉流换热器的对流换热效率，目前采取的强化传热手段主要有：(1) 对管束的内外表面进行了螺纹形、波纹形等多种形式设计；(2) 在管束外的流体空间内进行折流板式的结构设计。这些优化设计手段是通过在流动换热区域内产生持续的局部扰动，提高了流体湍动能强度，实现了传热边界层的重新生成，进而提高了管束内外冷热流体传热性能，与此同时，也导致了流动阻力的增加，即增加了泵功消耗。并且，已有的换热管束设计对于流体输送路径优化缺乏考虑，在结构设计上存在换热管束内流体输送路径不合理、泵功消耗和传热性能不匹配的问题。

为此，迫切需要开展换热器内换热管束结构优化设计以实现高效换热。受自然界中树状分叉结构（例如：树木、血管等）的思想启迪，本实用新型将交叉流换热器内的换热管束布置成“工”形树状结构特征，以提高该类换热器流动和换热的综合性能,即最大限度地提高换热器的热有效性（换热量/泵功），进而达到高效换热和节能目的。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是现有的管束式交叉流换热器在结构设计上存在的换热管束内流体输送路径不合理、泵功消耗和传热性能不匹配的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种“工”形树状式交叉流换热器，包括换热管束、壳体、管箱和管板，所述的管箱和管板位于壳体的两侧，所述的换热管束的两端固定在管板上，并穿过所述的管板与管箱连通，所述的换热管束为“工”形树状结构，所述的“工”形树状结构至少包含一个树状单元结构，所述的树状单元结构包含两层树状结构换热管束和末端连通管道，两层树状结构换热管束的末级分支端口之间由末端连通管道相连通。所述的“工”形树状结构换热管束具有流体流量的分散作用，其结构类似于流体流动的优化分散器/集合器，可使各单元流体分散流动，实现了流体由点到体的最佳路径输送，大大减小了流动距离。

上述树状单元结构的每层树状结构换热管束均由主连通管道和“工”形分支管道构成，以平面方式铺展开来，每层树状结构换热管束至少有2级分支，每级管道在下一级都有两个分叉，即分叉数N=2，且分叉角为180度；

本实用新型的换热管束的截面形状为矩形、圆形、梯形或者三角形。

作为本实用新型的优选技术方案，所述的“工”形树状结构为至少由两个所述的树状单元结构串联构成的阵列单元结构，树状单元结构的两个主连通管道（4）方向相反，各树状单元结构之间直接由主连通管道（4）相连通，并且所有树状结构换热管束均分别位于两个平行的平面上；所述的“工”形树状结构为所述的阵列单元结构沿所述的壳体方形阵列布置后构成的换热管束阵列布置结构；所述“工”形树状结构分支的上下级分支通道长度之比为N^-1/d，长度分形维数d取大于1且小于等于3的实数；所述“工”形树状结构分支的上下级分支通道直径之比为N^-1/d’，直径分形维数d’取大于等于7/3且小于等于3的实数。