[发明专利]一种以金属泡沫均匀分配流体流量的多通道结构

说明书

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<L_r<1，L_r＝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：