Теплообменная труба

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНтР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ00 0 0 Заявитель Учреждение Образования Могилевский государственный университет продовольствия 00 0 000 2 0 Автор Федоров Геннадий Степано вич 00 0 000 0 0 Патентообладатель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия 00 0 00 . Теплообменная труба. содержащая параллельно расположенные турбулизаторы. отличающаяся тем. что турбулизаторы выполнены кольцевыми Крыловидного профиля с закругленной передней Кромкой и заостренной задней Кромкой и снабжены в сечении по периметру переточными каналами. при этом турбулизаторы отстоят от трубы на расстоянии 5 . равном 0 .0 -0 .25 ее диаметра 02 . Труба по п. 0 отличающаяся тем. что переточные Каналы турбулизаторов вь 1 полнены в форме усеченных Конусов с меньшим основанием. обращенным К трубеСЭ- относительное извытоцное давление в теплоносителеИзобретение относится К теплообменным аппаратам И может быть использовано в любой промышленности. в частности. для воздушных калориферов. конденсаторов. газотрубнь 1 х котлов. водяных экономайзеров.Известна Теплообменная труба. содержащая параллельно расположенные турбулизаторы Турбулизаторь 1 выполнены непосредственно на самой трубе в виде искусственных двуразмернь 1 х равновысотных выступов. расположенных на расстоянии. составляющем 1 0 -1 4 их высоты. и микровыступов. высота которых меньше высоты основных выступов. и они расположены от основного выступа на расстоянии. превышающем его Четыре вь 1 соты.Известный турбулизатор разрушает тепловой пограничный слой. снижая. тем самым. его термическое сопротивление.Недостатками известного турбулизатора являютсяслабое интенсифицирующее воздействие на тепловой пограничный слой. так как он не эжектируется не отсасывается) в основной поток теплоносителя и не срывается путем бомбардировки струями основного потока теплоносителявыполнение турбулизаторов на самой трубе может привести к значительному утонению толщины ее стенки. снижению прочности и коррозионной стойкости трубы. что. в свою очередь. снижает срок службы теплообменникакроме того. труба нетехнологична для массового производства из-за увеличения и уменьшения диаметров сопрягаемых участков. что требует выполнения нескольких разных технологических операций.Задачей настоящего изобретения является интенсификация конвективного теплообмена путем утонения теплового пограничного слоя при опережающем росте коэффициента теплоотдачи ос и отстающем увеличении коэффициента гидравлического сопротивления С. теплообменника. что однозначно уменьшает расход энергии на прокачку теплоносителяТехнический результат достигается тем. что в теплообменной трубе турбулизаторы выполнены кольцевыми крыловидного профиля с закругленной передней кромкой и заостренной задней кромкой и снабжены в сечении по периметру переточными каналами. при этом турбулизаторы отстоят от трубы на расстоянии 5 . равном 0 .1 -0 .2 5 ее диаметрад .Допустимо. чтобы в теплообменной трубе переточные каналы турбулизатора были выполнены в форме усеченных конусов с меньшим основанием. обращенным к трубе.Известно. что термическое сопротивление. однозначно определяющее интенсивность теплообмена неравномерно распределено по сечению потока в трубе В основном оно сосредоточено в узкой пристеночной области. причем в тепловом пограничном слое. например при течении газа. срабатывается до 85 температурного напора Следовательно. нужно воздействовать именно на эту область Дополнительная турбулизация ядра потока не имеет смысла - она. не увеличивая теплоотдачи а. приведет лишь к росту затрат энергии на прокачку теплоносителя Во всех случаях интенсификация теплообмена имеет смысл. когда прирост ос заметно опережает неизбежное увеличение гидравлического сопротивления С. теплообменника Из этого следует. что проведение конвективного теплообмена будет лишь тогда действительно интенсивным. когда тепловой пограничный слой утоняется либо его эжектированием в основной поток теплоносителя. либо его бомбардировкой относительно холодными струями основного потока нагреваемой среды. например воздуха газа).Так как турбулизаторы выполнены крыловидного профиля. то вследствие несимметричности их обтекания. преимущественно воздушной газовой средой. в последней возникает перепад давлений. так как частицы потока. обтекающие прямолинейное основание. за тот же промежуток времени проходят меньший путь. чем частицы потока. обтекающие выпуклую образующую. т.е. имеющие значительно большую скорость. А из уравнения Д Бернулли следует там. где скорость потока больше. гидростатическое давление существенно меньше и наоборот Поэтому на выпуклой стороне турбулизатора. обращенной всторону основного потока теплоносителя. образуется относительное разряжение. а на плоской д или вогнутой) стороне - относительное давление Этот градиент давления приводит К эжекции теплового пограничного слоя через переточные Каналы в направлении от теплонагревающей поверхности трубы в основной поток теплоносителя. что гарантирует мощную интенсификацию любого конвективного теплообмена. Если же выпуклая сторона турбулизаторов обращена к трубе. то относительное разряжение возникает над тепловым пограничным слоем. а избыточное давление - в основном потоке теплоносителя. т.е. на плоской стороне турбулизатора В этом случае градиент давления вызовет бомбардировку сходящимися струями основного потока теплоносителя теплового пограничного слоя. что способствует существенной интенсификации теплообмена на поверхности трубы. в которую ударяют струиПри расстоянии 5 . меньшем чемд .д д . где д - наружный диаметр трубы. турбулизатор оказывается погруженным в тепловой пограничный слой. вследствие чего его эжектирующая способность снижается. что вызывает уменьшение площади пятна отбрась 1 ваемого перегретого теплоносителя. при этом интенсивность теплообмена падает. Расстояния 5 д .2 5 д применять нецелесообразно. так как эжектируется не только тепловой пограничный слой. но и часть ядра потока теплоносителя. что. не увеличивая коэффициент теплоотдачи од. лищь вызовет бесполезную затрату энергии на прокачку теплоносителя Расстояние 5 д .д -д .2 5 )д соответствует условию. когда эжектируется либо бомбардируется лищь тепловой пограничный слой. обеспечивая максимальную интенсификацию теплообмена при снижении расхода энергии на прокачку теплоносителя.Выполнение переточных каналов в форме усеченных конусов обеспечивает восстановление статического давления в струе. если выпуклая сторона турбулизатора обращена в сторону основного потока теплоносителя. Это способствует более полной эжекции теплового пограничного слоя и более глубокому проникновению перегретых струй в поток менее нагретого теплоносителя Если же выпуклая сторона турбулизатора обращена к трубе. то конические переточные каналы обеспечивают организацию центростремительного течения. т.е. формирование круглых сходящихся струй. направленных перпендикулярно трубе. Это способствует более эффективной бомбардировке теплового пограничного слоя и. как результат этого. существенной интенсификации теплообменаНа фиг. д представлена теплообменная труба с турбулизаторами на фиг. 2 - разрез А-А на фиг д на фиг д - разрез В-В на фиг д .Теплообменная труба содержит кольцевые. параллельно расположенные турбулизаторь 1 2 крыловидного профиля с закругленной передней кромкой д и заостренной задней кромкой д Такой профиль турбулизаторов 2 обеспечивает минимальное лобовое сопротивление. и они отстоят от теплообменной поверхности трубы д на расстоянии 5 . равном дд .д -д .2 5 дд. где д - наружный диаметр трубы д Расстояние 5 зависит от физических свойств нагреваемого охлаждаемого газообразного теплоносителя и диаметра д применяемых труб и обеспечивается щипами 5 . Переточные каналы д выполнены в форме усеченных конусов с меньщим основанием д. обращенным к теплообменной поверхности трубы д .Теплообменная труба работает следующим образомПри омывании теплообменной поверхности трубы д продольным потоком теплоносителя в случае. если выпуклая образующая д турбулизатора 2 обращена в сторону основного потока теплоносителя. происходит эжекция д всасывание) теплового пограничного слоя через переточные каналы д . так как над ним проходит низкоскоростная струя. обладающая больщим давлением. чем высокоскоростная струя. огибающая выпуклую образующую д. в которой существенно меньщее гидростатическое давление. При расстоянии 5 дд .д -д .2 5 дд эжектируется либо бомбардируется лищь тепловой пограничный слой. обеспечивая максимальную интенсификацию теплообмена при снижении расхода энергии на прокачку теплоносителя Поперечной эжекции теплового пограничного слоя и бо ВУ 8940 С 1 200741228лее глубокой диффузии его в поток теплоносителя способствует форма переточного канала 6 . так как при диффузорном течении в нем происходит восстановление статического давления Из условия неразрывности потока более холодная часть теплоносителя перемещается перпендикулярно поверхности трубы 1 . замещая эжектированнь 1 й тепловой по граничный слой. что обеспечивает мощную интенсификацию теплообмена И наоборот. если выпуклая образующая 8 обращена к трубе 1 . то над тепловым пограничным слоем проходит высокоскоростная струя. обладающая меньщим давлением. чем давление в основном потоке теплоносителя. Вследствие этого через переточные каналы 6 происходит поперечная эжекция более холодного теплоносителя и разрущение теплового пограничного слоя. т.е. резкое уменьшение его термического сопротивления и. как результат этого. интенсификация теплообмена Более существенное разрущение теплового пограничного слоя обеспечивает конфузорное центростремительное течение теплоносителя в сужающихся переточных каналах 6 . так как узкое сечение струи со значительным ускорением течения способствует существенной интенсификации теплообмена на поверхности. в которую ударяет струя.Предлагаемая теплообменная труба используя достоинства несимметричного обтекания турбулизаторов крыловидного профиля с переточными каналами в их сечении. обеспечивает безотрывность струй с минимальной толщиной теплового пограничного слоя. что гарантирует эффективный теплообмен при снижении затрат энергии на прокачку теплоносителя. что является задачей настоящего изобретенияПрименение предлагаемых труб в теплообменных аппаратах обеспечивает сокращение требуемой поверхности теплообмена при заданной теплопроизводительности. снижение расхода энергии на прокачку теплоносителя. резкое уменьщение интенсивности обра зования ОТЛОЖСНИЙ на ПОВСрХНОСТИ теплообмена ВСЛСДСТВИВ ВОЗрОСШСЙ турбулизации ПрИСТСННОГО СЛОЯ потока ТСПЛОНОСИТСЛЯ- относительное иэвытоцное давление в ТПЛОНОСИТЛНациональный центр интеллектуальной собственности. 2 2 0 0 3 4 . г Минск. ул Козлова. 2 0 .