[发明专利]一种包含紧凑型叠层转弯段结构的换热芯体及换热器

说明书

本发明公开了一种包含紧凑型叠层转弯段结构的换热芯体及换热器，包括复合叠层转弯结构，复合叠层转弯结构由引导流体平滑流动的弧形流道和引导流体至角区的角形流道交叉层叠形成，弧形流道、角形流道均由多根平行的肋条构成，弧形流道与角形流道的肋条之间搭接。本发明满足流体转弯功能的同时，提升了单位体积内散热面积，具有小流阻、强换热、高耐压、质量轻的优异特性。

技术领域

本发明属于换热设备技术领域，涉及一种包含紧凑型叠层转弯段结构的换热芯体及换热器，换热效率高、质轻，适用于航空发动机。

背景技术

在进行换热器设计的过程中，特别是针对航空航天的应用场合，安装空间位置有限，接口位置相对固定，因此散热器在进行流道设计时候往往面临以下情况：进出口布置在同侧，并且在流动过程中需要在中间区域进行180°翻转，如图1所示。

换热器是通过一定设计构造出换热通道，实现冷热流体之间热交换的装置。现有的换热结构可大体分为两类，一类是管壳式换热器，以圆管为结构单元，冷热流体按流体域分为管程和壳程。另一类是板式、板翅式换热器等，这类产品包含隔板、翅片等，隔板为一次换热表面，翅片为二次换热表面。

现有技术大多都是约束在直通道内进行流体方向的偏转，或者利用叉排肋柱结构实现流体在流道内的翻转，如图2所示。这个过程中换热并不会得到强化。因为一方面直通道结构并没有较大的换热面积，另一方面对流体边界层也没有形成破坏，对流换热系数也不会得到提升。因此，针对单位体积换热量要求较高的场合，这种导流结构无法满足使用要求，需要通过一定手段对转折处的结构形式进行优化。

叉排肋柱结构相对于直通道来说，对流体边界层能够形成破坏，从而提高对流换热系数。但使用过程中受加工工艺的限制，单位体积内能形成的换热面积依然有限。加工工艺一般可选用机械铣加工或电化学腐蚀，铣加工刀具直径和电化学腐蚀液滴直径均会影响肋柱结构的紧凑度，从而限制其换热能力。此外，叉排肋柱结构一般用于冷板，对于换热器这种多层换热单元组合的结构，受加工成本和加工难度的限制，应用受到局限。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种包含紧凑型叠层转弯段结构的换热芯体，满足流体转弯功能的同时，提升了单位体积内散热面积，换热效率高，具有小流阻、高耐压、质量轻的优异特性，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的另一目的是，提供一种换热器。

本发明所采用的技术方案是，一种包含紧凑型叠层转弯段结构的换热芯体，包括

复合叠层转弯结构，所述复合叠层转弯结构由引导流体平滑流动的弧形流道和引导流体至角区的角形流道交叉层叠形成，弧形流道、角形流道均由多根平行的肋条构成，弧形流道与角形流道的肋条之间搭接。

进一步的，所述弧形流道为同心的圆弧形、扇形或椭圆弧形。

进一步的，所述角形流道由直线和直角组成，或者由直线、锐角和钝角组成。

进一步的，所述弧形流道与角形流道的宽度相等，对应的肋条宽度相等，对应的肋条高度相等。

进一步的，靠近内侧的所述肋条间距最小，肋条的间距从内至外逐渐增大，使得内侧到外侧的各流道中流体阻力系数逐渐降低。

进一步的，所述复合叠层转弯结构由多层弧形流道和角形流道交叉层叠形成，弧形流道和角形流道交错布置。

进一步的，所述弧形流道角形流道的侧壁添加肋柱。

进一步的，所述弧形流道与角形流道的侧壁添加球窝或球凸。

进一步的，所述弧形流道的肋条与肋条之间设有加强筋，角形流道的肋条与肋条之间设有加强筋。

一种换热器，包括上述换热芯体，换热器能够串联或并联组合，在换热芯体内实现流动方向的多次转折。

本发明的有益效果是：