一种后掠型波纹翅片制造技术

本发明专利技术公开了一种后掠型波纹翅片，其端面与热交换器侧壁面平贴相接，其特征在于：所述波纹翅片的前缘与其展向，即散热流道的宽度方向，呈一定的夹角，称之为后掠角。与传统波纹翅片相比较，在材质、散热面积相同的条件下，本发明专利技术公开的后掠型波纹翅片具有换热效率高、流动阻力小等显著优势。并且，这种后掠型波纹翅片只改变了波纹翅片的后掠角度，在实际加工时，无需对现有的加工工艺作大幅度改造。因此，与其他具有强化换热功能的波纹翅片相比较，本发明专利技术公开的后掠型波纹翅片具有加工工艺简单等优势。特别地，本发明专利技术公开的后掠型波纹翅片由于流动结构特殊而具有独特的自清洁能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于换热器
，具体涉及一种优化的后掠型波纹换热翅片。
技术介绍
紧凑热交换器由于具有占用空间小、质量轻、换热效率高等技术优点，已被广泛应用于汽车、工程机械、空调电器或电子产品等行业的所涉及的散热领域。板翅式热交换器是紧凑型热交换器的重要形式。如图1所示，大量板式翅片组合在一起可以显著增大热交换器的有效散热面积，因而大幅提高热交换器的散热效率。为了进一步提高翅片的换热效率，人们对翅片的表面形状进行了优化。波纹翅片就是其中一种，如图2所示，波纹翅片101与热交换器管道侧壁面I所围成的空间，构成一个散热流道。若干个散热流道组合在一起，就构成了图1所示的热交换器换热芯体，可以将热交换器管道内流动的高温介质Vtot，如高温水、油或固体导热等的热量快速传递至翅片表面，并通过翅片附近流动的冷却介质VMld，如冷却空气，将热量带走，并最终扩散至热交换器体外。相对于平直翅片来说，波纹翅片可以进一步增大翅片与冷却介质的接触面积，同时“波纹”式的表面形状将对冷却介质的均匀来流产生扰动作用，甚至形成大尺度的分离涡结构，强化了翅片近壁区内的动量和能量交换，从而强化了翅片的热交换能力。这一类型的波纹翅片专利如申请号或专利号为200410031549.3,200580022014.2、200910115668.X等的中国专利。图2是波纹翅片单个散热流道的结构示意图。图3是冷却介质流经波纹翅片时所产生的分离涡结构示意图。其中，102是波纹翅片前缘，即波峰沿翅片宽度方向延伸而形成的棱线，也是翅片迎风区与背风区的分界线。如图3所示，当冷却介质经过波纹翅 片前缘102时，由于介质动量不足以抵抗下游波谷103处较强的逆压梯度，冷却介质将在前缘102至波谷103之间的翅片背风区内形成一个大尺度的分离涡104。在分离涡104内，冷却介质作低速旋转运动。这种旋转运动将翅片表面的热量输运到散热流道中心区，即分离涡104上层，从而起到强化换热的作用。但是，这种分离涡结构位置固定，分离涡内部冷却介质流速低、压力高。因此，该分离涡产生的强化换热效果十分有限。特别地，这种分离涡结构显著增大了波纹翅片散热流道的流动阻力，这将直接导致与热交换器配套的风扇功率必须同步提高，风扇噪声也必然因此而增大。因此，从强化换热的角度来看，有必要对上述传统波纹翅片作进一步地优化或创新性地设计，以便大幅提高翅片热交换效率，并显著降低散热流道阻力，进而可以降低配套风扇的功率负荷和噪声水平等。这正是本专利技术的根本目的所在。
技术实现思路
针对传统波纹翅片的技术现状，本专利技术给出了一种优化的后掠型波纹换热翅片设计，该类型翅片可以作为热交换器芯体，如图1所示，广泛应用于汽车、工程机械、电器、半导体等行业所涉及的散热或热交换领域中。与传统波纹翅片相比较，在材质、散热面积相同的条件下，本专利技术给出的后掠型波纹翅片具有换热效率高、流动阻力小等显著优势，且无需对现有加工工艺作大幅度修改，因此具有加工工艺简单等优势。特别地，这种后掠型波纹翅片由于流动结构特殊而具有独特的自清洁能力。为解决传统波纹翅片中存在的技术问题，达到本专利技术所述目的，本专利技术采取的技术方案如下: 一种后掠型波纹翅片，其端面与热交换器管道侧壁面平贴相接，其特征在于:所述波纹翅片的前缘与其展向，即散热流道的宽度方向，呈一定的夹角，称之为后掠角。在本专利技术中，翅片前缘是指波纹翅片的波峰沿翅片宽度方向延伸而形成的棱线。在一个波纹范围内，前缘是翅片迎风区与背风区的分界线。所述后掠角设置为10°至80°之间任意角度，优选30°至60°区间，此时翅片流动阻力小、换热效率高。所述后掠型波纹翅片的波长为2-20mm,波幅为0.2_5mm、翅片厚度为0.05-0.3mm。mm为长度单位毫米。所述后掠型波纹翅片所在流道长为30-300mm，流道宽为5-20mm，流道高为1-1Omm0相对于如图3所示的传统波纹翅片来说，在本专利技术所述的后掠型波纹翅片中，冷却介质经过翅片前缘时，其运动速度V可以分解为两部分:垂直翅片前缘的速度分量Vl，它将促使冷却介质在经过前缘后从翅片表面分离，形成强旋转的分离涡；沿翅片前缘方向也即分离涡旋转轴方向的速度分量V2，它将使上述分离涡结构沿前缘方向拉伸，最终将分离涡拉伸成旋拧流向涡结构，并在旋涡核心处形成强轴向射流Vn。不断拉伸、加速的流向涡显著提高了流道内冷却介质与翅片表面的热交换能力，同时轴向射流Vn则降低了分离区的压差阻力，从而使翅片流·道的流动阻力和压降大幅降低、换热效率显著提高。特别地，轴向射流Vn还可以将沉积在分离区内的污垢冲向翅片散热流道下游。因此，本专利技术给出的后掠型波纹翅片具有独特的自清洁能力。并且，由于该后掠型波纹翅片只改变了传统波纹翅片的后掠角度，因此无需对波纹翅片的现有加工工艺作大幅度修改，具有加工工艺简单等技术优势。本专利技术所述后掠型波纹翅片的“波纹”剖面形状为三角形、矩形、梯形、弧形、三角函数曲线、幂函数曲线、样条曲线中的任意一种，或者是这些曲线形状的组合。所述三角函数曲线包括正弦曲线、余弦曲线等。本专利技术所述后掠型波纹翅片的制造材料采用金属材料、合金或导热性能好的非金属材料等，其形状可以采用专用模具滚压成形。所述的后掠型波纹翅片可以作为热交换器芯体。其中，相邻的后掠型波纹翅片流道组合成一个大的散热通道时，两个相邻的后掠型翅片既可以沿同一方向后掠，此时两个翅片的前缘方向平行；也可以是反方向后掠，此时两个翅片的前缘方向相互交叉。当采用反方向后掠时，由于散热流道的高度显著大于波纹翅片的波幅，因此，两个相邻翅片的前缘之间仍保持了较大的间距。本专利技术给出的后掠型波纹翅片，可作为热交换器芯体安装在各种热交换器内，如图1所示，可广泛应用于汽车、工程机械、电器、半导体等行业所涉及的热交换设备中，例如但不限于汽车、工程机械、电子或电器产品所使用的散热器、冷凝器、中冷器等。区别于传统的波纹翅片，在本专利技术给出的后掠型波纹翅片中，冷却介质流经翅片前缘后，分离流将沿流向不断拉伸、最终形成流向涡结构，并在旋涡核心形成较强的轴向射流。与传统波纹翅片相比较，由于流向涡的存在，在材质、结构体积或散热面积相同的条件下，本专利技术给出的后掠型波纹翅片将具有换热效率高、流动阻力小等显著优势。特别地，这种后掠型波纹翅片由于流动结构特殊而具有独特的自清洁能力。因此，相对于传统波纹翅片来说，本专利技术给出的后掠型波纹翅片可以在更复杂、更恶劣的工程环境中使用。并且，由于该后掠型波纹翅片只改变了传统波纹翅片的后掠角度，因此无需对波纹翅片的现有加工工艺作大幅度修改，具有加工工艺简单等技术优势。附图说明图1普通热交换器换热芯体结构示意 图2是现有技术设计的波纹翅片几 何结构示意 图3是现有技术设计的波纹翅片流动结构示意 图4是本专利技术中后掠型波纹翅片的几何结构示意 图5是本专利技术中后掠型波纹翅片的主要结构参数示意 图6是本专利技术中冷却介质经过后掠型翅片所产生的流动结构示意 图7是相邻后掠型翅片散热流道的两种组合示意 图8是本专利技术中后掠型波纹翅片的剖面形状示例； 图9是本专利技术所述的后掠型波纹翅片与传统波纹翅片的散热性能和流道阻力性能对比 其中:1热交换器侧壁，101波纹翅片，102翅片前缘，亦即波峰，103波谷，104分离涡，201翅片，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种后掠型波纹翅片，其端面与热交换器侧壁面平贴相接，其特征在于：所述波纹翅片的前缘与其展向，即散热流道宽度方向，呈一定的夹角，称之为后掠角。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张日葵，曹先伟，丁可琦，代凤羽，毛峰，
申请(专利权)人：南京北大工道软件技术有限公司，北京大学工学院南京研究院，南京北大工道创新有限公司，
类型：发明
国别省市：