CN104266531B - 一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构 - Google Patents
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Abstract
一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，涉及一种换热器多通道结构。本发明为了解决现有的换热器内多通道间的流动不均匀的问题。本发明的以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构由流道入口、分配端、主通道、汇合端及流道出口依次连通，主通道内设置多个通道间隔将主通道分隔为若干个子通道，每个子通道的前端均填充金属泡沫构成金属泡沫段，未填充金属泡沫的子通道部分定义为无泡沫段。本发明用于电子器件冷却、制冷低温技术、空气分离、石油化工等领域的多通道换热器中，保证流体流动的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热器多通道结构，具体涉及一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，用于电子器件冷却、制冷低温技术、空气分离、石油化工等领域的多通道换热器中，属于传热传质应用技术领域。
背景技术
对于电子器件冷却、制冷低温技术、空气分离、石油化工等领域的常用换热器，通常需要多个换热器并行，而各个换热通道流量分配不均匀将导致换热器传热性能恶化。
以制冷空调系统为例，冷凝器和蒸发器通常由上下集箱及中间的数个的并行的多扁管通道组成，虽然这些多扁管通道几何尺寸基本相等，但是由于存在设计制造的公差以及流动条件不均衡性，通常靠近冷凝器两侧的多扁管通道的流量较小，而中间通道流量较大，这严重限制了冷凝换热的效能；在冷凝器和蒸发器中有时还存在两相入口的问题，在制冷剂入口处保证两相制冷剂流体均匀的进入换热通道成为系统传热性能的重要保障。
换热器内多通道间的流动不均匀现象是多通道换热器内部的一个复杂物理过程，受制于诸多因素，除了设计制造公差等不可避免的因素之外，可以通过增强流体流动条件的均衡性来改善换热器流动不均匀特性，目前文献中相关研究主要集中在集箱、封头及通道流动形式优化三个方面，而相关的流体均匀分配效果有限。
近年来兴起了一类具有优异流动、传热、声学、电磁学和力学性能于一体的多孔金属泡沫材料，这类材料不仅有减小流体截面温度差异的特点，而且具有强流体混合能力、强湍动特性及三维立体孔隙结构，这些特点使得流体界面速度分布呈现非常均匀的状态，进而产生远大于光通道的流动阻力。在多通道换热器中流动不均匀性是由各通道之间阻力差别较大导致的，可以将具有大压差的金属泡沫用于克服多通道换热器中的流动不均匀性，这类研究尚无人涉及。
发明内容
本发明为了解决现有的换热器内多通道间的流动不均匀的问题，进而提供一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构。
本发明为了解决上述技术问题所采取的技术方案是：
本发明的一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，包括流道入口、分配端、主通道、汇合端及流道出口，所述流道入口、分配端、主通道、汇合端及流道出口依次连通，主通道内设置多个通道间隔将主通道分隔为若干个子通道，每个子通道的前端均填充金属泡沫构成金属泡沫段，未填充金属泡沫的子通道部分定义为无泡沫段。
本发明通过在各个子通道的入口处填充阻力特性相等的金属泡沫来保持流动均衡。
所述流道入口和流道出口的流体流动方向相同，且垂直于流体在各个子通道内的流动方向。
为了更好地保证流体流量分配的均匀性，对本发明的技术方案进一步设计：所述分配端采用适应流体流量的宽度渐变型流通，沿着流道入口流动方向分配端流通面积逐渐减小。汇合端采用适应流体流量的宽度渐变型流通，沿着流道出口流动方向汇合端流通面积逐渐增大。
金属泡沫段的材料为铜、铝、镍、铁及其合金，优选的为不锈钢。
金属泡沫段的孔隙率范围为0.85～0.99，孔密度范围为5PPI～150PPI。
金属泡沫段长度L1与无泡沫段长度L2的比值范围0.05<Lr<1，Lr＝L1/L2。
所述各个子通道内金属泡沫的孔隙率、孔密度、长度及安装位置都相同，且金属泡沫的截面尺寸与子通道的截面尺寸相同以确保有效安装。
各个子通道的几何尺寸及器壁材料相同。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
在填充金属泡沫之前n个流动通道中每个通道对应的流动阻力系数分别为f1,f2,f3,...,fn，f1～fn之间由于设计和流动条件的差别会有所不同，这是导致这类多通道流动不均匀性的主要原因。摒弃传统的在多通道入口设置集箱的做法，采用在各个通道入口填充阻力特性相等的金属泡沫段的方法来改善流动均衡，分配端和汇合端采用适应流体流量的宽度渐变型流通。加入相同参数的金属泡沫之后，各个通道的阻力系数变为f1',f2',f3',...,fn'，其中fk'＝fk+ffoam(k＝1,2,3...,n)，ffoam为金属泡沫的阻力系数，从图2中关于光通道和完全填充金属泡沫通道的压降比可以看出光通道约为金属泡沫通道压降的1/2000，因此fk'≈ffoam(k＝1,2,3...,n)，在泡沫参数相等的情况下各个通道的阻力特性是基本相等的，这是本发明的基本原理。是由于金属泡沫具有极强的流体混合能力，可以在很大程度上抹平截面上流体的速度差异，图3给出了金属泡沫通道和光通道的速度分布对比，从图中可以看出添加金属泡沫通道的速度分布极为均匀，这是金属泡沫内存在极大压降的原因。添加金属泡沫是可更换的，且具有一定的过滤能力，可以在一定程度上过滤吸附工质中的杂质，可以消除工质杂质对系统其他部件的不良影响，因此可以通过定期更换金属泡沫段来清除表面吸附的杂质。金属泡沫段具有一定的强化换热能力，可以较大幅度增强化热，多通道换热器中金属泡沫可为各通道提供部分换热表面积，对于两相流金属泡沫可将大气泡打碎，因此对改善多通道换热器的传热性能有利。此外，无泡沫段可以是直的光通道，也可以是采用某种强化换热形式的通道，且金属泡沫的形态参数可以根据实际需要进行调整，因此本发明有很好的可设计性。
可见，本发明对多通道换热器流动不均匀性进行了科学原理的创新，同时本发明还具有其它辅助功能，从原理上和技术上都是可行的，具有良好的应用潜力。可以解决电子器件冷却、制冷低温技术、空气分离、石油化工等领域的多通道换热器的流体流量分配不均匀的问题。
附图说明
图1是以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构的结构图；
图2是泡沫通道与光通道的压降对比图；
图3是金属泡沫与光通道速度分布对比图；
图中：1-流道入口；2-分配端；3-金属泡沫段；4-无泡沫段；5-通道间隔；6-汇合端；7-流道出口。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1进行说明，本实施方式的一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，包括流道入口1、分配端2、主通道、汇合端6及流道出口7，所述流道入口1、分配端2、主通道、汇合端6及流道出口7依次连通，主通道内设置多个通道间隔5将主通道分隔为若干个子通道，每个子通道的前端均填充金属泡沫构成金属泡沫段3，未填充金属泡沫的子通道部分定义为无泡沫段4。
本发明通过在各个子通道的入口处填充阻力特性相等的金属泡沫来保持流动均衡。
所述流道入口1和流道出口7的流体流动方向相同，且垂直于流体在各个子通道内的流动方向。
为了更好地保证流体流量分配的均匀性，对本发明的技术方案进一步设计：所述分配端2采用适应流体流量的宽度渐变型流通，沿着流道入口1流动方向分配端2流通面积逐渐减小。汇合端6采用适应流体流量的宽度渐变型流通，沿着流道出口7流动方向汇合端流通面积逐渐增大。
金属泡沫段的材料为铜、铝、镍、铁及其合金，优选的为不锈钢。
金属泡沫段的孔隙率范围为0.85～0.99，孔密度范围为5PPI～150PPI。
金属泡沫段长度L1与无泡沫段长度L2的比值范围0.05<Lr<1，Lr＝L1/L2。
所述各个子通道内金属泡沫的孔隙率、孔密度、长度及安装位置都相同，且金属泡沫的截面尺寸与子通道的截面尺寸相同以确保有效安装。
各个子通道的几何尺寸及器壁材料相同。
本发明在多通道入口不存在集箱，适用的流体为两相流体或单相流体，如果用于两相流体的流量分配，为保证各通道之间平均流速和干度的均衡性，多通道换热器的各通道应该水平并排以消除重力的影响。本发明的具体布置形式可以是多样的，但多通道之间的并行特征是不变的，各个子通道的截面形状、尺寸及强化换热形式是任意的，中间并联通道的个数也是任意的。具体工作过程为：单相或两相流体从流道入口1流入，在逐渐变窄的分配端2进行流量分配，流体进入各个子通道，每个子通道前端填充有金属泡沫段3，流体依次通过金属泡沫段3和无泡沫段4，接着各个通道的流体在逐渐变宽的汇合端6汇合，最后流出流道出口7。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (7)
1.一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，包括流道入口(1)、分配端(2)、主通道、汇合端(6)及流道出口(7)，所述流道入口(1)、分配端(2)、主通道、汇合端(6)及流道出口(7)依次连通，主通道内设置多个通道间隔(5)将主通道分隔为若干个子通道，其特征在于：每个子通道的前端均填充金属泡沫构成金属泡沫段(3)，未填充金属泡沫的子通道部分定义为无泡沫段(4)；所述分配端(2)采用适应流体流量的宽度渐变型流通，沿着流道入口(1)流动方向分配端(2)流通面积逐渐减小；汇合端(6)采用适应流体流量的宽度渐变型流通，沿着流道出口(7)流动方向汇合端流通面积逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，其特征在于：所述流道入口(1)和流道出口(7)的流体流动方向相同，且垂直于流体在各个子通道内的流动方向。
3.根据权利要求1所述的一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，其特征在于：金属泡沫段的材料为铜、铝、镍、铁及其合金。
4.根据权利要求3所述的一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，其特征在于：金属泡沫段的孔隙率范围为0.85～0.99，孔密度范围为5PPI～150PPI。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，其特征在于：金属泡沫段长度L1与无泡沫段长度L2的比值范围0.05<Lr<1，Lr＝L1/L2。
6.根据权利要求5所述的一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，其特征在于：所述各个子通道内金属泡沫的孔隙率、孔密度、长度及安装位置都相同，且金属泡沫的截面尺寸与子通道的截面尺寸相同。
7.根据权利要求6所述的一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构，其特征在于：各个子通道的几何尺寸及器壁材料相同。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101111734A (zh) * | 2005-02-02 | 2008-01-23 | 开利公司 | 具有多孔插入物的并流式换热器 |
| CN201935485U (zh) * | 2011-02-23 | 2011-08-17 | 天津三电汽车空调有限公司 | 热泵用平行流换热器 |
| CN102313400A (zh) * | 2011-07-21 | 2012-01-11 | 广东美的电器股份有限公司 | 微通道平行流换热器 |
| CN202613846U (zh) * | 2012-05-09 | 2012-12-19 | 广东美的电器股份有限公司 | 平行流换热器 |
| CN103502763A (zh) * | 2011-05-06 | 2014-01-08 | 三菱电机株式会社 | 热交换器及具有该热交换器的制冷循环装置 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101111734A (zh) * | 2005-02-02 | 2008-01-23 | 开利公司 | 具有多孔插入物的并流式换热器 |
| CN201935485U (zh) * | 2011-02-23 | 2011-08-17 | 天津三电汽车空调有限公司 | 热泵用平行流换热器 |
| CN103502763A (zh) * | 2011-05-06 | 2014-01-08 | 三菱电机株式会社 | 热交换器及具有该热交换器的制冷循环装置 |
| CN102313400A (zh) * | 2011-07-21 | 2012-01-11 | 广东美的电器股份有限公司 | 微通道平行流换热器 |
| CN202613846U (zh) * | 2012-05-09 | 2012-12-19 | 广东美的电器股份有限公司 | 平行流换热器 |
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