高效微通道平行流换热器翅片结构
翅片结构及尺寸
1、以空-空中冷器换热单元为原型，建立如图1所示的换热单元仿真物理模型，一层热通道，上下各一层冷通道，各层的结构尺寸相同，均为50mm*50mm*5mm。
其中冷热侧的出入口处均做适当延长以减少边界条件对计算结果的影响。
中间热侧通道布置有波纹形紊流片，上下冷侧通道没有翅片。
翅片结构尺寸如图2所示，b, a, h分别为翅片的扭幅、节距和翅片高度，单位均为mm，共15个波峰通道，由于翅片和冷热通道之间的隔板的厚度分别为为0.15毫米、0.2毫米，导热热阻很小，所以流动计算过程中忽略其厚度。
表1为所有仿真用翅片的尺寸参数。
换热单元物理模型图2热侧紊流片结构示意图表1 仿真用不同翅片的尺寸参数（均为波纹形式）Tab.2.1 Size parameters of fins used for simulation翅片序号翅高h（mm）节距a（mm）扭幅b（mm）1 5.0 3.2 0.752 5.0 4.0 0.753 5.0 5.0 0.754 5.0 3.2 1.05 5.0 3.2 1.52、机油换热器对于车用发动机，机油温度过高或太低，都会严重影响车辆的稳定可靠运行，因此，机油冷却器是保证机油正常工作必不可少的车用换热器。
目前水冷车用机油冷却器比较普遍，通常采用紧凑板翅结构，机油侧和水侧流道内均布置翅片以提高性能并改善强度。
翅片形式及几何参数对换热器性能影响巨大，研究翅片参数对油冷器性能影响的灵敏度分析是设计紧凑、高效油冷器的关键。
研究对象原型是结构如图3所示的机油冷却器，四个机油通道与三个冷却水通道间隔布置，各通道内部均布置有结构尺寸相同的错位锯齿翅片,翅片结构如图3（b）所示。
（你毕业设计只建立一层油一层水即可）（a）（b）图3 机油冷却器以及流道内翅片结构示意图以空-空中冷器换热单元为原型，建立如图2.1所示的换热单元仿真物理模型，一层热通道，上下各一层冷通道，各层的结构尺寸相同，均为50mm*50mm*5mm。
高效微通道平行流换热器翅片结构
分类号学号M201170593学校代码10487密级硕士学位论文高效微通道平行流换热器翅片结构参数研究设计学位申请人：成亮学科专业：机械工程指导教师：张国军教授黄禹副教授答辩日期：2013年5月16日A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements Forthe Degree of Master of EngineeringStructural Parameters of Radiating Fin for Highly Efficient Micro-channel Parallel FlowHeat ExchangerCandidate : Cheng LiangMajor : Mechanical EngineeringSupervisor : Prof. Zhang GuojunAssoc. Prof. Huang YuHuazhong University of Science & TechnologyWuhan，Hubei 430074，P. R. ChinaMay. 2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本论文属于(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日保密□，在 年解密后适用本授权书。
平行流换热器
平行流换热器
平行流换热器（简称PFC）是一种新型的换热器，由美国摩丁（modine）公司最早提出并申请专利，是用来替代原来在汽车空调的管片式冷凝器，后来经过日本昭和铝等公司在两端集管中增加隔板形成不同回路而称之为多元流换热器（简称MFC，Multi-Flow Condenser），主要由多孔扁管和波纹型百叶窗翅片构成。
其基本构成见下图：
其换热原理来源于微通道理论，在扁管两端分别插入左集管和右集管，利用设置在左集管和右集管上的隔板分隔而形成串连通道，翅片和集管表面涂敷有钎料和钎剂，整个芯体通过夹具夹持，通过NOCKLOCK钎焊炉整体焊接而成。
依据集流管分不分段，又可分为多元平行流式和单元平行流式。
单元式的集流管不打断，制冷剂流动方向一致；多元式的，集流管中有隔片打断，每段管数不同。
其最大特点就是换热高效、结构紧凑。
目前主要应用于特种空调，比如汽车空调等，但现在也有用于家用空调乃至热泵机组的相关研究；而且，因平行流换热器内的扁管如直径微小（一般小于1mm），属于一种微通道换热器，其换热性能更有明显改变，具体其内部结构方面可见下图：
和管片式换热器相比，平行流有以下优点：
1、由于扁管不流通，面积小于圆管，因此空气侧阻力小；
2、翅片效率和翅片当量高度成反比，管片式由于U型传热管弯曲半径限制，而平行流无此限制，因此翅片效率高；
3、平行流可以灵活调整流程的扁管分布，使制冷剂侧换热能力增加时而阻力减小；
4、扁管和翅片的焊接方式决定了扁管和翅片的接触热阻小；
5、容易回收。
微通道换热器及其翅片[发明专利]
![微通道换热器及其翅片[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/96d9a5f9c5da50e2534d7f72.png)
专利名称：微通道换热器及其翅片专利类型：发明专利
发明人：刘华钊,黄宁杰
申请号：CN200910258183.6
申请日：20091222
公开号：CN101776402A
公开日：
20100714
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种翅片，所述翅片沿纵向成波纹状延伸且包括主体段和过渡段，所述主体段和过渡段依次相连且所述过渡段构成翅片的波峰和波谷，其中所述主体段在相邻的波峰与波谷之间以曲线的形状延伸。
根据本发明的翅片，由于主体段为曲线形状，因此在弯折微通道换热器时，主体段的折弯内侧部分容易被压缩，变形规则，不容易倒伏，从而不会阻塞空气通道，而主体段的折弯外侧部分容易被拉伸，不容易破裂，不会影响微通道换热器的外观，且换热性能良好。
申请人：三花丹佛斯(杭州)微通道换热器有限公司
地址：310018 浙江省杭州市经济技术开发区21号大街60号
国籍：CN
代理机构：北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：廖元秋
更多信息请下载全文后查看。
讲解翅片式换热器的内部结构
讲解翅片式换热器的内部结构
翅片式换热器是一种传统的、应用最广泛的热交换设备。
由于它结构坚固，且能选用多种材料制造，故适应性极强，尤其在高温、高压和大型装置中得到普遍应用。
翅片式换热器由管箱、壳体、管束等主要元件构成。
管束翅片式换热器的核心，换热管作为导热元件，与折流板一起决定换热器的传热性能。
管箱与壳体则决定翅片式换热器的承压能力及操作运行的安全可靠性。
翅片式换热器属于间壁式换热器，其换热管内构成的流体通道和称为管程，换热管外构成的流体通道称为壳程。
管程和壳程分别通过两种不同温度的流体时，温度较高的流体通过换热管壁将热量传递给温度较低的流体，温度较高的流体被冷却，温度较低的流体被加热，进而实现两流体换热工艺目的。
翅片式换热器产品特性：
1、冷却管采用优质紫铜管（铝管、碳钢管、不锈钢管），并加工成翅片形散热片，产品体积小、热交换面积大。
2、导流板可分为螺旋形导流板（折流式导板），使被冷却液体成螺旋形连续均匀滚动流动，螺旋形导流板克服了折流式导板所产生的冷热交换效率。
3、管板焊接有胀管式封口、焊接式、热锓焊式等方法。
胀管式封口克服了材料经高温焊接后产生的不良变化。
4、产品系列完善，大小规格齐全。
5、按形式分为固定管板式、浮头式、U型管式换热器，按结构分为单管程、双管程和多管程。
传热面积0.2㎡-1000㎡。
可以根据用户需要来定做合适的翅片式换热器。
微通道换热器的结构
微通道换热器的结构
集流管与隔板
制冷剂的流动是通过集流管和隔板来控制的，能够很好地优化不同相态冷媒在MCHE管路中的流路分配。
扁管设计
扁管灵巧的设计能够提供高的传热性能，也能够使换热器更加紧凑。
翅片设计
良好的百叶窗翅片能够极大限度地增加表面积，这能够降低空气侧的风阻和提高换热效率。
同理，也能够减少噪声。
端盖
由于是全铝结构，端盖与集流管不会发生电化学腐蚀，防止换热器产生泄漏，保证了其使用寿命。
边板
边板有多种形式以便于安装，比如说，可以用”L”形和”U”形铝型材
接管
形式多样的接管方案，能够满足你的产品和客户要求。
我们提供多种标准接管以及块状接头以满足灵活多变的接管方案。
摘自：三花丹佛斯。
微通道换热器翅片结构优化
°
２３．
６９
２８８．
１１
/１６ 窗
４５
°
２３．
９９
２８８．
２０
０．
４７９
０．
８８
/１４ 窗
４０
°
１９．
４１
２８８．
４３
０．
４７３
－０．
４２
/１６ 窗
４０
°
１９．
５４
２８８．
４９
０．
４７１
－０．
８８
０．
４８４
１．
８１
图 ５ x＝６mm 截面温度(
K)分布云图
图 ７ 所 示 为 z＝１．
３ mm 截 面 速 度 分 布 云 图.
流后涡流 后 进 入 翅 片 间 的 通 道,而 没 有 贯 通 流 经
百叶窗.
图 ９ 所 示 为 z ＝１．
３ mm 截 面 的 静 压 分 布 云
图,可以看出,从 进 口 到 出 口 静 压 逐 渐 降 低,开 窗
角度 ４５
°时的 压 降 大 于 开 窗 角 度 ４０
但是并不考虑焊接
带来的热阻,
认为焊料的导热系数与翅片、
扁管相同.
图 ３ 计算边界条件示意图
图 １ 单个波距的微通道模型
为了方便设置边界条件,对计算域进行延长,进
口延长 １ 倍的翅片长度,出口延长 ２ 倍的翅片长度,
３ 原模型仿真与试验分析
在原模型 中,翅 片 的 开 窗 角 度 为 ４２
°,开 窗 数
J).
固体域密度恒定,无 内 热 源,因 此 固 体 域 的 能
量方程简化为热传导控制方程
∂ æ k ∂Ts ö
翅片式换热器结构特点_概述说明以及解释
翅片式换热器结构特点概述说明以及解释1. 引言1.1 概述翅片式换热器是一种广泛应用于工业、航空航天和汽车行业的换热设备。
它通过利用翅片的大面积来增加热交换效果，实现了高效传热。
其结构紧凑、体积小、重量轻的特点使得它在许多领域中成为首选的换热器类型。
1.2 文章结构本文主要围绕翅片式换热器的结构特点展开阐述，目录分为五个部分。
除引言外，第二部分将介绍翅片式换热器的定义与原理，以及其主要组成部分和工作原理。
第三部分将详细介绍该类型换热器的优势和特点，包括高效传热能力、压力损失小以及结构紧凑等方面。
第四部分将通过实际案例来探讨该类型换热器在工业、航空航天和汽车行业中的应用领域。
最后，在结论部分将对全文进行总结，并展望未来该领域的发展方向或提出相关建议。
1.3 目的本文的目的是全面概述和解释翅片式换热器的结构特点以及其在不同领域中的应用案例。
通过深入了解该类型换热器的工作原理和优势，读者将能够更好地了解并选择合适的换热设备。
此外，本文还致力于提供对未来发展趋势的展望，以帮助读者把握该领域的发展方向。
2. 翅片式换热器结构特点：2.1 翅片式换热器的定义与原理:翅片式换热器是一种常见的紧凑型换热器，通过将许多薄翅片堆叠在一起形成的结构来增加传热面积。
其工作原理基于将流体通过散热片进行对流传热，通过散热片间隙之间的流动路径，实现了高效率的换热过程。
2.2 翅片式换热器的主要组成部分：（1）壳体：壳体是一个容纳内部组件并为流体提供流动通道的外部固定结构。
（2）平板：平板是位于壳体内部、用于支撑和连接散热片的平面元件。
（3）散热片：散热片是由金属材料制成的薄板，其表面具有大量纵横交错排列的细小褶皱或齿条，并负责传递和散发余温。
（4）进出口管道：进出口管道用于引导工作介质进入和离开换热器。
（5）夹层背板：夹层背板连接着相邻的散热片，形成夹层，使热量在片之间循环传递。
2.3 翅片式换热器的工作原理：当介质通过进出口管道流入换热器后，首先被引导到散热片之间的空隙中。
微通道换热器
构
空气侧流动对比[1]
[1] 多空微通道换热器 [2] 刘舒,等.微通道换热器在压缩冷凝机组中的应用分析.制冷与空调.2010
过程装备工程设计
微通道换热器
微 通 道 换 热
结构 体积小节，
紧凑 省材料
采用增大换热面积， 换热 扩展表面，增加湍动，多 效率 孔多通道等方式强化传热。 高
过程装备工程设计
微通道换热器
微
通
百叶窗式翅片具有切断散热
道
器上气体边界层的发展，使边界
换
层在各表面不断地破坏，达到强
热
化传热的目的，提高换热器性能，
器
在同样的迎风面下，多元平行流
基
换热器比管带式换热器的换热效
本
率提高了30%以上，而空气侧阻
结
微通道冷凝器器, 当量直径大于3mm的换热器为常规换热器。
全铝制多孔扁管
微通道塑料薄膜
过程装备工程设计
微通道换热器
微
通
微通道换热器由集流管、多孔扁
道
管和波纹型百叶窗翅片组成。扁管是
换
每根截断的，在扁管的两端有集流管，
热
根据集流管是否分段，可分为单元平
器
流式和多元平流式。
基
本
结
构
微通道换热器结构[1]
分段式集液管设计[2]
45%
体积换热系数 /W/(m3 ·K) )(液体)
～5000 3000～ ＞7000 7000
换热器重量 系统充注量 空气侧压降 热交换系数
100% 100% 100% 100%
65% 65% 80% 300%
体积换热系数/W/ (m3 ·K) )(气体) 流动方式
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
分类号学号M201170593学校代码10487密级硕士学位论文高效微通道平行流换热器翅片结构参数研究设计学位申请人：成亮学科专业：机械工程指导教师：张国军教授黄禹副教授答辩日期：2013年5月16日A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements Forthe Degree of Master of EngineeringStructural Parameters of Radiating Fin for Highly Efficient Micro-channel Parallel FlowHeat ExchangerCandidate : Cheng LiangMajor : Mechanical EngineeringSupervisor : Prof. Zhang GuojunAssoc. Prof. Huang YuHuazhong University of Science & TechnologyWuhan，Hubei 430074，P. R. ChinaMay. 2013独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
本论文属于(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月 日保密□，在 年解密后适用本授权书。
不保密□。
华中科技大学硕士学位论文摘要换热器是汽车空调和商用空调器产品的重要配套总成。
微通道平行流换热器为板翅式换热器，与其他类型的换热器相比优势显著。
其突出特点是环保、高效节能、节约材料降低成本。
根据国内外研究结果表明，散热单元翅片的结构尺寸将对换热器的换热性能具有至关重要的影响，本文将对此进行研究。
研究内容主要包括以下几个方面：首先，建立了翅片计算机模拟仿真模型。
介绍了计算机辅助仿真分析方法和典型CFD软件FLUENT，对本文研究的高效微通道散热器所使用的百叶窗式翅片的结构及其参数进行了简要介绍，引入了翅片的数学物理模型和理论分析的数值计算方法，利用FLUENT软件对翅片给定某组参数进行了热力学数值分析。
其次，采用Chang和Wang的实验关联式，以换热因子j和摩擦因子f作为比较指标，对比了计算机数值计算法和实验关联式的计算结果，验证了本文所用的计算机数值计算方法的有效性，最后以速度场分布情况为对象，对翅片工作区流场的特性进行了简要介绍。
然后，采用控制变量法对单个翅片结构参数对换热性能影响进行了分析。
最后，完成了翅片尺寸参数的优化设计。
首先介绍了优化设计理论，而后设定了目标函数，采用求函数极值法确定最优化参数数值，最后用此方法对翅片结构参数进行了优化设计。
关键词：换热器，百叶窗翅片，数值模拟，优化设计华中科技大学硕士学位论文AbstractThe heat exchanger is an important supporting assembly for automotive air conditioning and commercial air conditioner products.Micro-channel parallel flow heat exchanger is a plate-fin heat exchanger, which has significant advantages compared with other types of heat exchangers. Its outstanding feature such as environmentally friendly, energy efficient, saving material and reduce costs.Domestic and international studies have shown that, parameters of the structure and size of the cooling unit fin will have a critical influence on radiator cooling. That is what described in this article.The study includes the following aspects:First of all, model of the fins for computer simulation is established. The concept of computer-aided simulation analysis method and the typical CFD software FLUENT are introduced. Fin's theoretical analysis of numerical methods and mathematical model is elaborated. And a briefing in shutters fins of highly efficient micro-channel heat exchanger is given. Then fin's thermodynamic numerical analysis by FLUENT using a set of specific parameters is accomplished.Secondly, verification of the calculation method is complied. Chang and Wang's experimental correlations are employed. And the effectiveness of computer numerical methods is verified by using Colburn factor j and friction factor f as comparative indicators and comparing computer numerical calculation and the calculation results of the experimental correlations. Then a brief introduction on the fin's work area flow field characteristics is draw by demonstrating the distribution of velocity field of the flow field.And then, the analysis of the affection of fin's structure parameters on the heat transfer performance by control variable method is carried out.华中科技大学硕士学位论文Finally,optimal design of fin dimension parameters. Optimization analysis method is introduced. And the objective function is set up to find out the optimal parameter values by extreme value method. Then the fin's two important structure parameters are optimized by using this method.Key words：heat exchanger, louver fin, numerical simulation, optimization design华中科技大学硕士学位论文目录摘要..................................................................................................... I Abstract .................................................................................................. I I 1 绪论1.1 课题研究背景 (1)1.2 课题研究意义 (4)1.3 国内外研究状况 (5)1.4 研究内容和章节安排 (7)2 基于FLUENT软件的翅片性能模拟仿真2.1 计算机辅助仿真及FLUENT软件简介 (9)2.2 翅片数值模拟的理论基础 (11)2.3 翅片结构分析 (12)2.4 运用FLUENT软件对翅片进行数值分析 (14)2.5 本章小结 (19)3 翅片仿真结果分析3.1 主要换热性能指标 (20)3.2 仿真结果准确性分析 (22)3.3 空气流场的速度特性 (27)3.4 本章小结 (30)华中科技大学硕士学位论文4 翅片结构尺寸的性能分析4.1 翅片间距的影响 (31)4.2 翅片高度的影响 (32)4.3 百叶窗间距的影响 (33)4.4 本章小结 (34)5 翅片结构参数优化设计5.1 优化设计概述 (35)5.2 翅片间距的优化设计 (37)5.3 翅片高度的优化设计 (42)5.4 翅片尺寸优化效果 (44)5.5 本章小结 (46)6 总结与展望6.1 总结 (47)6.2 展望 (48)致谢 (49)参考文献 (50)附录：攻读硕士期间参与的项目情况 (54)华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 课题研究背景换热器是汽车空调和商用空调器产品的重要配套总成。