[发明专利]一种扭转强化换热结构

说明书

本发明公开了一种扭转强化换热结构，该结构布置于通道内，为扭转结构，沿通道宽度方向横向布置，中间切片正对来流方向，沿高度方向，每个横切片均为低阻力翼型，相邻翼型间绕扭转中心线扭转一定角度。通道内，该结构的大小和数量根据通道尺寸而定，通过该扭转结构，能够在通道内形成纵向漩涡，破坏通道内流体的热边界层，同时将中心的流体引向通道边部。该流动控制结构，能够应用于强化换热过程，可以在流动阻力增加较小的情况下，显著提升通道强化换热能力，尤其大幅提升通道换热面的均温性，进而减小设备体积，提高其经济性和安全可靠性。

技术领域

本发明属于能源动力、石油化工、交通运输和航空航天等行业中的换热技术领域，具体涉及一种扭转强化换热结构。

背景技术

众多工业领域，如能源、运输、微电子、化工、航天器热控制和制造业等都涉及到能量传递过程，其中热交换设备起到了十分关键的作用。而随着科学技术的快速发展以及能源问题的日益突出，热交换设备负荷逐渐增大，对系统效率提出了更高要求，因此强化换热技术受到学术界和工程界越来越多的重视。

采用流动控制结构，如球窝、球凸、肋片等结构进行换热强化已经得到了广泛的研究和应用，是一种有效的强化换热技术。流动控制结构以一定的规律布置在通道内侧或者外侧，在流体流过通道时，流动控制结构会破坏流动边界层，避免了流动边界层的进一步增厚，同时破坏热边界层，促进主流与壁面附近流体的能量交换，进而提高热流场中速度与温度梯度的协同性，使得换热过程得以强化。

但是，另一方面，由于流动控制结构的引入，在强化换热过程中，通道内流动阻力会出现急剧增加。如何在提高换热性能的同时，使流动阻力增加较小，是大幅提升换热过程综合换热效率的关键。

进一步地，均温性对于热交换设备是一个很重要的参数，温度差异过大会引起设备的不稳定性，还会产生热应力造成设备物理层面的损毁，而目前强化换热结构不能很好解决通道换热面均温性较差的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种扭转强化换热结构，解决现有技术中高换热性能和低阻力难以兼顾，且通道换热壁面上温差较大的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种扭转强化换热结构，

所述扭转结构由无数个切片绕扭转中心线旋转堆叠组成；所述扭转中心线与每个切片的翼型中弧线相交，所述切片为低阻力翼型；所述扭转中心线垂直于切片；

沿扭转结构的高度方向，每一个切片的翼型中弧线和相邻上部切片的翼型中弧线之间的夹角为α，每一个切片的翼型中弧线和相邻下部切片的翼型中弧线之间的夹角为-α；

所述扭转结构布置在通道中。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述扭转结构高度方向正中间的切片为中间切片；所述中间切片翼型中弧线在中间切片前缘的切线和通道进口切片外法线平行。

优选的，所述扭转结构的扭转中心线由每一个切片的中心点组成，中心点为翼型中弧线与翼弦垂直平分线的交点。

优选的，所述扭转结构的上端面为顶部切片，下端面为底部切片，顶部切片和底部切片之间的夹角为所述夹角所述的平面垂直于扭转中心线；所述的取值范围为

优选的，相邻的所述切片的翼型尺寸和型式相同。

优选的，所述通道中沿通道横向排列的一排所有扭转结构为一个特征单元，特征单元沿通道的流向阵列布置。

优选的，当一个特征单元中扭转结构的数量为奇数时，通道横向中间位置设置有一个扭转结构，其余的扭转结构相对于中间的扭转结构对称布置。

优选的，当一个特征单元中扭转结构的数量为偶数时，所有的扭转结构相对于通道横向中间位置对称布置。