阅读说明：本技术 一种控制圆柱横向绕流的流动强化传热装置 (Flow enhanced heat transfer device for controlling transverse streaming of cylinder ) 是由 张小兵 谢鹏勇 于 2020-04-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种控制圆柱横向绕流的流动强化传热装置,包括散热器,散热器两端分别安装有上弹性振动器和下弹性振动器,正中心连接着振动的圆柱。通过控制上下弹性振动器从而控制圆柱的横向振动。本发明通过具有一定频率与振幅振动的振动器,显著增强了热壁面附近的换热能力,通过振动提高了热壁面附近的流体流动扰动程度,使得整体换热能力增强,从而达到利用振动实现散热器强化散热的目的。(The invention discloses a flow enhanced heat transfer device for controlling the transverse streaming of a cylinder, which comprises a radiator, wherein an upper elastic vibrator and a lower elastic vibrator are respectively arranged at two ends of the radiator, and the center of the radiator is connected with a vibrating cylinder. The transverse vibration of the cylinder is controlled by controlling the upper elastic vibrator and the lower elastic vibrator. The invention obviously enhances the heat exchange capability near the hot wall surface by the vibrator with certain frequency and amplitude vibration, and enhances the disturbance degree of fluid flow near the hot wall surface by vibration, so that the whole heat exchange capability is enhanced, thereby achieving the purpose of utilizing vibration to realize the enhanced heat dissipation of the radiator.)

一种控制圆柱横向绕流的流动强化传热装置

技术领域

本发明是一种控制圆柱横向绕流的流动强化传热装置，属于高效换热器板片领域。

背景技术

随着工业经济的发展，能源需求越来越大，社会生产日益面临着环境与资源短 缺问题，因此高效节能环保的换热器被需要，尤其在一些高耗能领域，像火力发电 厂，石化，钢铁，机械和一些空调制冷领域。因此一些新型高效的热控管理结构设 备与热控管理方案被研究与开发。结合已有的强化传热的热控管理手段与现有的自 动控制技术相结合，本发明提出了一种自动热控管理技术方案，来高效环保节能的 实现热控管理。传统的强化传热手段仅仅是依托固定的翅片技术，通过改变结构表 明的粗糙度和增大接触面积来实现强化传热。或者通过提高流速来增大对流换热系 数。尽管这些方案能改大大改善流动换热性能。然而随着工业的发展，事实上在一 些领域，换热量并不是一成不变的，动态变化的热流密度如果继续采用已有的固定 式湍流发生器的换热设备，不可避免会造成资源浪费以及换热效能下降的问题。因 此一种既能够满足传热强化要求又能实现节能环保的动态调控传热的热控管理技术 方案被研究与开发。

常规的强化传热手段是基于固定式扰流器，例如常见的翅片管，以及各种球形，凹槽结构，楔形结构的换热器设计。总体传热理论是基于流体扰动加强与热壁面间 的热交换实现的。此外还有一些紧凑式换热器依据的是大大增大换热面积，通过增 大与流体的接触面来实现强化传热。但是这些结构都有缺陷面对动态热流密度的要 求时，尽管传热能够满足要求，但是这样的方式加大了能源消耗。

在航空航天领域，当飞行器在高速飞行时，发动机的功率也在动态变化，这时 候发动机燃烧室壁遭受着动态的热流密度，如果能够采取动态的热控管理技术能够 实现飞行器的高效节能的热控管理。此时如果依然采用高热流密度下的大涡流发生 器尽管也能够满足换热冷却需求，但这大大增加了应该避免的能源消耗，使得换热 设备换热效能下降，从而使得飞行器性能下降。因此采用动态可控的热控管理手段 是必要的和有效的。

发明内容

本发明目的在于针对现有的热设备遭受着高强度动态热流密度的严酷环境，针对现 有的传统固定式涡流发生器不能很好解决这个问题的情况，结合自动控制调控技术与现 有的强化传热手段，提供一种控制圆柱横向绕流的流动强化传热装置。

实现本发明目的提供技术方案如下：

一种控制圆柱横向绕流的流动强化传热装置，包括散热器，散热器两端分别安装有 上弹性振动器和下弹性振动器，散热器的正中心连接着振动的圆柱，还连接有频率可调的上凸轮活控制机构及下凸轮控制机构，散热器外部设有密封装置，散热器设有传感器，所述的传感器与控制系统相连；控制系统与上凸轮活控制机构及下凸轮控制机构相连， 所述的上凸轮活控制机构及下凸轮控制机构包括依次相连的连杆导轨，凸轮活塞；上凸 轮活控制机构及下凸轮控制机构的连杆分别与弹性振动器和下弹性振动器相连，其中， 利用圆柱的绕流，同时横向振动的圆柱涡街的形成与消失，沿散热器换热通道在圆柱后 面形成卡门涡街，在流体与热壁面间的形成热交换；通过上弹性振动器和下弹性振动器 控制圆柱振动的频率与振幅；同时上下弹性振动装置可以根据流体速度压力和温度的变 化，通过控制系统及时动态调整振动装置的频率与振幅，从而实现换热强度的综合调控， 在增强换热能力的同时避免压降损失过大。

本发明换热装置的结构尺寸为50mm*50mm*1000mm，圆柱直径为10mm，振 动范围为-10mm—10mm。

本发明相对于现有技术相比具有显著优点

1、通过机械控制机构改变涡流发生器状态，从而影响传热性能，根据换热能力的需求及时动态改变换热器结构状态，从而实现换热能力的动态优化；2、工作过程中， 该自动控制机构可以根据热壁面的温度，流体流速以及压力变化传感器的反馈，通过电 脑处理，反馈给机械装置，及时改变涡流发生器工作状态，调节换热能力，从而实现综 合换热性能的提高。

附图说明

图1是动态控制强化传热的基本装置与结构示意图。

图2是自动控制原理示意图。

图3是图1中控制机构5和6的原理图。

图1中控制圆柱横向绕流的流动强化传热装置，包括散热器1，散热器两端分别 安装有上弹性振动器2和下弹性振动器3，正中心连接着振动的圆柱4，频率可调的 上凸轮控制机构5，下凸轮控制机构6，密封装置7，传感器8，控制系统9，机械控 制机构5、6包括连杆10，导轨11，凸轮活塞12。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明

本发明针对现有的热设备遭受着高强度动态热流密度的严酷环境，针对现有的传统固定式涡流发生器不能很好解决这个问题的情况，结合自动控制调控技术与现 有的强化传热手段现结合，研究发明了一种动态控制圆柱绕流的强化传热装置与方 案，期望去解决这个传热问。该装置可根据热流密度以及换热强度的变化，通过传 感器反馈给控制系统，然后通过控制机械振动装置，动态调节涡流发生器结构，从 而实现换热综合性能的优化。

本发明是在传统的固定式涡流发生器结构的基础上结合自动控制原理与湍流强化传热技术，通过改进满足了高强度动态热流密度变化的强化传热的需求。本发明 具有较强的动态控制与反馈调节能力，可以适用各种高热流动态密度变化的传热领 域。

该动态控制湍流发生器的强化传热结构如图1所示，控制圆柱横向绕流的流动 强化传热装置，包括散热器1，散热器两端分别安装有上弹性振动器2和下弹性振动 器3，正中心连接着振动的圆柱4，频率可调的上凸轮控制机构5，下凸轮控制机构 6，密封装置7，传感器8，控制系统9，机械控制机构包括连杆10，导轨11，凸轮 活塞12。当流体经过充分发展区进入流动扰动区时，流体会受到动态涡流发生装置 的影响，在涡流发生器附近流体会产生动态的涡旋结构，由于涡流发生器是动态变 化的因此这个涡旋结构也在动态变化移动，不断形成与扩散从而促进流体的扰动， 增强壁面与流体间的流动强化传热。

自动动态控制调节系统如图2所示，通过传感器接收温度，压力与速度 等参数信号，反馈给控制系统，通过控制系统数据处理，进而输出控制信号给机械机构， 在这里主要是凸轮活塞装置，通过控制电动机的频率与活塞振幅，进行动态机构的控制 与调节，当温度或其他的参数改变时，通过控制系统，迅速调节涡流发生器的结构与振 动参数，从而带动流动涡旋的动态变化，促进流体扰动，继而实现流动传热的强化。

根据现有技术，采用固定式涡流发生器的强化传热装置容易造成局部传热恶化现象，而采用新的动态传热强化传热结构可以有效减弱这一现象的发生，使得传热更倾向 于均匀性。合理布置动态涡流发生器的位置与状态可以满足高强度动态热流密度变化的 传热需求。。

本发明结合传统固定式涡流强化传热技术与成熟的自动控制技术，实现动态控制流 动涡的可控以及反馈调节控制，既可以满足动态热流密度的变化适时调整涡流发生器的 状态，在这里主要通过调节圆柱的振动频率与振幅以及平衡位置，这引起了涡旋动态的涡变化，动态的涡旋变化以及卡门涡街的形成可以大大增加整个换热器内部的流动传热能力。同时也可以避免局部传热恶化现象的发生以及能源的过度消耗。这是一种高效节 能的新型换热器结构。