[发明专利]具有扰流皮肤结构的换热器芯体及换热器

说明书

本发明公开了一种具有扰流皮肤结构的换热器芯体及换热器，由多层换热单元堆叠构成，每层换热单元由隔板隔开，每个换热单元上下两个隔板的壁面均设有扰流皮肤结构，扰流皮肤结构包括多个阵列分布的扇形结构，相邻两排扇形结构相互交错，相邻两排扇形结构的圆弧边相互接触；上下两个隔板上的扰流皮肤结构采用相同的排列方式，所有上下两个扇形结构之间均设有柱肋。本发明大幅度提升换热量，有效控制压损，不易出现堵塞，质轻，体积适应性强，灵活应用，解决了现有技术中存在的问题。

技术领域

本发明属于换热设备技术领域，涉及一种具有扰流皮肤结构的换热器芯体及换热器。

背景技术

换热器在工业中的应用极为广泛，动力、化工、船舶、航空航天和机械等领域设备的低能耗和高效运行离不开先进换热器的设计。为提升换热器的换热能力，总体上有以下三种手段：提高传热温差、增大传热面积、增大对流换热系数。在无相变的换热器中，提高传热温差通常通过合理布置流道例如令冷热流体逆流来实现，增大换热面积意味着增大换热器总体积或减小通道截面来布置更多流道，增大对流换热系数可以通过扰流来实现。从目前来看，应用最广泛的是管壳式换热器和板式换热器；常规板式换热器的内部流动形式较为简单，波纹板对边界层的破坏有限，尤其对于粘性较大流体，扰动作用更不明显，同时波纹板产生的流阻较高。

作为换热设备的主要性能，高效性和紧凑性已经成为近几十年来换热器研究的主要目标。而在航空航天领域，设备各部分的冷热流体温度、压力、成分的差异巨大，而且由于流动压力损失的严格要求、重量的限制、空间的限制、自身温度压力水平这些都对于作为冷热交换中间环节的换热器提出了极其苛刻的要求。换热器除了具备高效的特点，还要具有质轻、紧凑体积小的特点。常规的换热器尤其是老式的管壳式换热器单位体积换热量不足，导致换热器体积和重量巨大，不能满足实际要求；而管式换热器体积较大，紧凑性差，对空间要求严格的场合并不适用；因此，新型换热器的研究迫在眉睫。

目前国内外对于新型换热器结构形式的研究可以分为三个方面：一是常规管道换热器的优化与创新，另一方面是采用各种形式的微通道实现高效换热。

针对常规管道换热器的优化主要集中在两方面，其一是改变换热管形状以加大管程流体湍流程度或传热面积，如螺纹管、伸缩管、波纹管、翅片管等；另一种是管内插物，用来增强管程湍流程度。这些结构能有效强化换热，但时由于增加波纹翅片或者管道形状的周期性变化使得流动产生较多的涡和死区，导致流动的形状阻力增大并消耗更多的泵功，使得换热器在换热提高的同时，流阻也急剧增加。

微通道结构由于具有较高的表面积-体积比，因而具有高效的换热效率。微通道换热器是通过减小尺度实现比表面积的增加，随着通道水力直径的减小，流道数量增加，换热效率提高，但当水力直径减小到一定尺度时，由于流量分配以及微尺度效应的会使微通道结构在较高工质流量的工况下换热效率降低，并且流阻增大。此外，对于粘度较大的流体，微通道结构堵塞的风险高于其他类型的换热器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种具有扰流皮肤结构的换热器芯体，大幅度提升换热量，有效控制压损，不易出现堵塞，质轻，体积适应性强，灵活应用，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的另一目的是，提供一种具有上述芯体的换热器。

本发明所采用的技术方案是，一种具有扰流皮肤结构的换热器芯体，由多层换热单元堆叠构成，每层换热单元由隔板隔开，每个换热单元上下两个隔板的壁面均设有扰流皮肤结构，扰流皮肤结构包括多个阵列分布的扇形结构，相邻两排扇形结构相互交错，相邻两排扇形结构的圆弧边相互接触；上下两个隔板上的扰流皮肤结构采用相同的排列方式，所有上下两个扇形结构之间均设有柱肋。

进一步的，扇形结构为扇形环状结构，柱肋设于扇形中心的隔板上；扇形结构相互交错的形式为：扇形结构圆弧边的端部与另一排扇形结构圆弧边的中点接触。

进一步的，所述偶数排相互交错的扇形结构组成一个重复单元，相邻两个重复单元之间留有通道。