DE3134465T1

DE3134465T1 - Tubular-lamellar heat exchanger

Info

Publication number: DE3134465T1
Application number: DE813134465T
Authority: DE
Inventors: N Martynova; V Dunaev; L Averkiev; E Dubrovsky; E Vasilev; A Kuzin; S Vronsky; L Folts; A Dhmelev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-01-28
Filing date: 1981-01-15
Publication date: 1982-05-06
Also published as: SE8105626L; WO1981002197A1; JPH0250399B2; CA1142170A; SU960522A2; JPS57500081A; FR2474671B1; FR2474671A1; IT1169022B; CH656951A5; IT8119336A0; DE3134465C2; SE449791B; US4428419A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Wärmetechnik und betrifft insbesondere üohrenplatten— wärmetauscher.

Der Wärmetauscher in der vorgeschlagenen Bauart kann

als Flüssigkeits-Luft-Wärmeaustauscher verschiedenen ■■;·:. _m *.

Bestimmungszweckes u.z. in Aufbauten von Luftkondensat ο»- _:·« ren und Verdampfern zur Kondensation und Verdampfung ."··" *■ verschiedener Flüssigkeiten sowie auch als Luft-Luft- .·**-.

-Wärmeaustauscher eingesetzt werden. Dabei ist der. Wärme"-!! tauscher für den Betrieb sowohl mit reiner als auch mit*---' verstaubter Luft geeignet.

Von besonderem Vorteil ist aber die Anwendung des erfindungsgemässen Wärmetauschers als vYasser-Luft und Öl-Lult- -Kühler in den Kühlsystemen von Transport- und Stationärkraftanlagen.

Vorangehender Stand der Technik Bekannt ist aer Aufbau eines Wärmetauschers, wie er in den Wasser-Luft-Kühlern von Kraftfahrzeugen, Traktoren und Diesellokomitiven zur Anwendung kommt. Der Wärmetauscher zeichnet sich durch Vorhandensein von von einer zu kühlenden Arbeitsflüssigkeit durchströmten runden oder flachen .Röhren aus, die in entsprechenden gelochten Öffnungen in zu kühlenden flachen Platten angeordnet sind. Die von der Arbeitsflüssigkeit durchströmten Rohre können dabei sowohl in Parallelreihen als auch versetzt angeordnet werden. Aus dieser Anordnung ergeben sich im Eohrzwischenraum des Kühlers glatte geradwinklige Kanäle, in denen aber keine Wirbler zur Intensivierung des Wa'rmetauschvorganges im KohrZwischenraum vorhanden sind.

Die Intensivierung des Wärmeaustauschvorganges ist des^halb erwünscht, weil die Y/asser-Luft-Kuhler verschiedener Kraftanlagen unter Verhältnissen betrieben werden, wo die Wärmeübergangszahl K des Kühlers dem tfärmeabgabekoeffizienten 0C₁ der Luft ungefähr gleich ist, d.h. ■ k9£o£_f . Deswegen ist es erforderlich, zur Verminderung des Volumens und der Masse eines Wasser-Luft-Kühlers den Wert K, der eindeutig durch den wert 0C₁ bestimmt

^H '3134Λ65'

- -2T -

wird, zu vergrößern. Die Werte °v in den glatten Kanälen sind bekanntlich die niedrigsten. Aufgrund dessen sind die Abmessungen und die Masse des bekannten RÖhrenplatt enwärmetausche rs groß.

Um die Abmessungen und die Masse der bekannten Wasserkühler zu verringern muß man den Färmeabgabekoeff izienj*. *:

ten OL₁ vergrößern, was aber nur im Falle einer Verwir- : :*: belung des Luftstromes in den Kühl er kanal en mit Hilfe ver-**„ schiedener Wirbler durchführbar ist. :**"*:

Es ist der Aufbau eines RÖhrenplattenwärmetauschers . .··„ bekannt, der von dem zu kühlenden Wasser durchströmte """ Flachröhren aufweist, die in Parallelreihen oder versetzt".*. in einem Paket von zu kühlenden Platten angeordnet sind. /" * Dabei sind zwecks Intensivierung des konvektiven Wärmeausstausohes im JRohrzwisohenraum die Platten mit einem Querschnittsprofil als eine ununterbrochene symmetrische Wellenlinie in der ütrömungsrichtung der zu kühlenden Luft ausgebildet, und die benachbarten zu kühlenden Platten im Röhrenbündel des Kühlers derart angeordnet, daß die Vor- und Rücksprünge der benachbarten Platten zueinander äquidistant sind. Im Ergebnis bilden sich zwischen den benachbarten zu kühlenden Platten kühlluftdurchströmte Kanäle, die im Querschnitt längs der Luftbewegungsrichtung ein Wellenprofil haben.

Wie die Analyse der Versuchsergebnisse zeigt, haben die Was s er-Luft-Kühl er bekannter Bauart nur geringe Werte der wärmehydraulischen Effektivität, und zwar aus dem Grunde, weil der Anstieg der Werte des Wärmeabgabekoeffizienten <=>£/ in solchen Kanälen hinter dem Anwachsen des Energieaufwandes zur Intensivierung der Wärmeabgabe in ihnen gegenüber den gleichen, aber glatten Kanälen wesentlich zurückbleibt. Dies erklärt sich dadurch, daß sich beim Strömen der Luft in solchen Kanälen hinter und vor jeder Biegung ein Wirbelsystem herausbildet, dessen Abmessung gleich oder vergleichbar mit der Höhe eines Vorsprunges des Wellenkanals ist. Darüber hinaus ist die Höhe eines Vorsprunges in solohqn Kanälen gleioh oder vergleichbar mit dem hydraulischen Durchmesser des Kanals,

-A -

Im Ergebnis wird die der Kühlluft in den Wellenkanälen zugeführte zusätzliche Energie im wesentlichen, und zwar zu 70 bis 80 %, für die Aufwirbelung des Strömungskernes verbraucht, wo die Werte des Temperaturfeldgradienten

.5 und der Wärmestromdichte klein sind, was zu einer geringfügigen Erhöhung der Wärme st romdichte führt. Da diese :*. großmaß s tab liehen Wirbelsysteme eine bedeutende Bewe- : *_: . gungsenergie besitzen, dringen sie im Überwinden der '

Viskositäts- und Reihungskräfte und sich allmählich zer- :*" streuend in die Wandschicht der Luft ein. Dies hat zur . ." Folge, daß die Wandschicht sich aufwirbelt, die turbulente**". Leitung sowie die War me stromdichte dieser Schicht wachsen^": Deswegen wird der Hauptbeitrag zur Intensivierung des Wärmeaustauschvorganges im Wellenkanal von der Aufwirbe- * lung der Wandschicht des Stromes und nicht von der seines Kernes geleistet, obwohl die zusätzliche Energie, die dem Luftstrom im Wellenkanal zugeführt wird, um ein Vielfaches mehr für die Aufwirbelung des Stromkernes als für die Aufwirbelung der Wandgrenzschicht verbraucht wird.

Eben dadurch wird eine niedrige wärmehydraulische Effektivität der Wärmeaustauschfläche des oekannten Röhrenplattenwärmetauschers erklärt.

Es ist der Aufbau eines Röhrenplattenwärmetausohers bekannt, der ein Paket von mit einem Abstand zu-

einander angeordneten Platten enthält. Die Platten weisen gelochte öffnungen auf, in denen Höhren angeordnet sind.. Die Höhren werden von einem der Wärmeträger durchströmt. Die benachbarten Platten und die Wände der benachbarten Röhren bilden Kanäle, die von einem anderen Wärmeträger mit einer Temperatur, die von der Temperatur des ersten Wärmeträgers abweicht, durchströmt werden. Zwischen den Wärmeträgern erfolgt ein Wärmeaustausch. Jede der Platten ist als eine ununterbrochene symmetrische Wellenlinie ausgebildet. Zur Intensivierung des konvektiven Wärmeaustausches sind die Vor- und Rücksprünge einer jeden zu kühlenden Platte gegenüber den jeweiligen Vor- und Rücksprüngen der mit ihr benachbarten Platte angeordnet. Dies hat zur Folge, daß sich in Strömungsrichtung des

Warmeträgers ununterbrochene Diffusor-Konfusor-Abschnitte des Kanals herausbilden, wobei der öffnungswinkel des Diffusors über dem Wert des kr!tischen Winkels des primären Verlustes an hydrodynamischen Stabilität der Iaminaren Strömungsstruktur des Färmeträgers liegt. Dies führt zur Entstehung von dreidimensionalen Fadenwirbeln in der Grenzschicht. Die turbulente Viskosität und die Leitung in dieser Schicht wachsen schroff an. Es wachsen der Temperaturgradient und die Wärmestronidichte, infolge ^: dessen der Wärmeabgabekoeffizient °^i zwischen dem Wärme-: träger und den Wänden der Diff usor-Konfusojv-Abschnitte der Kanäle ansteigt. Bei entsprechenden Drosselungsgraden : und Strömungszustanden des Wärmeträgers werden auf den _: Diffusor-Absehnitten der Kanäle energieintensive Wirbel erzeugt. Die Wechselwirkung der Wirbel miteinander und mit dem Hauptstrom des Wärmeträgers bedingt eine Diffusion dieser Wirbel in den Stromkern. Die Gesamtenergie der Erzeugung und der Fortpflanzung der Wirbel übersteigt die Dissipationsenergie dieser Wirbel. Deshalb steigt der Energieaufwand zum Durchpumpen des Wärmeträgers bei einem unbedeutenden Anwachsen der Intensivierung des Wärmeaustausches beträchtlich an. Eine derartige physikalische Besonderheit des Intensivierungsprozesses des Wärmeaustausches, die dem Wärmeaustauscher dieser Bauart eigen ist, beinträchtigt wesentlich seine wärmehydraulische Effektivität.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Röhrenplattenwärmetauscher zu entwickeln, in dem durch konstruktive Gestaltung der Kanäle mit Wirblern zum Durchströmen eines der Wärmeträger nur die Wandschicht des Wärmeträgerströmes aufgewirbelt wird, ohne daß die Wirbel miteinander und mit dem Strömungskern in Wechselwirkung stehen, und somit die Intensivierung des Wärmeaustausch-Vorganges gesteigert wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Röhrenplatt enwärmet aus eher, enthaltend von einem Wärmeträger mit einer Temperatur durchströmte Röhren, die sich in geloch-

ten Öffnungen von Platten befinden, welche mit einem Abstand zueinander derart angeordnet sind, daß die

benachbarten Platten und die Wände der benachbarten Röhren eine Vielzahl von einem Wärmeträger mit einer anderen Temperatur durchströmter Kanäle bilden, wobei an jeder der Platten Vor- und Rücksprünge vorgesehen sind, die je-:, * weile gegenüber den Vor- und Rücksprüngen der benachbar- » "*'. ten Platten liegen und in den genannten Kanälen symmet- *··* rische Diffusor-Konfusor- Abschnitte zur Aufwirbelung der Wandschicht des diese Kanäle durchfließenden Wärmeträgerstromes bilden, erfindungsgemäß die Platten ge- '■'---radlinie Abschnitte aufweisen, die zwischen den Diffusor- „■-.- -Konf us or-Ab schnitt en der Kanäle liegen und an den benach-" ' barten Platten gegenüberliegend angeordnet sind. :""

Dadurch wird die Wechselwirkung der Wandschichtwirbel miteinander und mit dem Strömungskern verhindert und somit der Energieaufwand zur Intensivierung des Warme austauschvorganges herabgesetzt.

Es ist zweckmäßig, wenn die geradlinigen Abschnitte ^der Platten eine Länge haben, die nicht größer als die Länge ist, auf der auf dem geradlinigen Abschnitt die laminare Strömungsstruktur der Wandschient des auf dem Diffusor-Konfusor-Abschnitt des Kanals aufgewirbelten Wärmetragerströmes wiederhergestellt wird.

Dadurch läßt sich die Energie der in der Wandschicht entstandenen Wirbel völlig ausnutzen.

Am zweckmäßigsten ist es, wenn die geradlinigen Abschnitte der Platten eine Länge haben, die fünf reduzierte hydraulische Durchmesser der geradlinigen Abschnitte nicht übersteigt.

Dadurch wird die höchste wärmehydraulische Effektivität und eine Verminderung der Abmessungen und der Masse des Wärmeaustauschers erreicht.

TJm eine gleichmäßige Verteilung des Wärmeträgers über die genannten Kanäle zu ermöglichen, müssen die geradlinigen Abschnitte der Platten in der Symmetrieebene der entsprechenden Platte liegen.

Aus der Sicht der Fertigungstechnologie des Wärmeaustauschers ist auch von Vorteil, wenn jeder Diffusor-

-Konfusor-Abschnitt mindestens durch einen Vorsprung, der mindestens mit einem Rücksprung gekoppelt ist, gebildet wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im weiteren wird die Erfindung an Hand der Beschreibung konkreter Ausführungsbeispiele und der beiliegen- ;\ den Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt j

Fig. I die Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Röhrenplattenwärmetauschers; :

Fig. 2 eine Ansicht in der Pfeilrichtung A in Fig. 1% _:

Fig. 3 das Querschnittsprofil einer der Platten des Wärmetauschers, gemäß der Erfindung; :'*

Fig. 4 eine Ansicht in der Pfeilrichtung B in Fig. I\^ Fig. 5 ein Diagramm für die Abhängigkeiten Nu/Nu₀ = f (I' /d) und % / t_o ^₁(I' /<3)

Beste AusführungsVariante der Erfindung Nachstehend wird die Erfindung an Hand des Aufbaus eines in Röhrenplattenbauweise ausgeführten Wasser-

-Luft-Kühlers für Schlepper betrachtet.

Der erfindungsgemäße Söhrenplattenwärmetauscher besteht beispielsweise aus in Parallelreihen angeordneten, von einem Wärmeträger mit einer Temperatur durchflossenen Flachröhren I (Fig. 1,2), auf die mit einem Abstand.h zueinander obere zu kühlende Platten 2 und mit den letzteren benachbarte untere zu kühlende Platten 3 aufgestellt sind. Die benachbarten oberen und unteren zu kühlenden Platten 2 und 3 und die Wände der benachbarten Röhren I bilden eine Vielzahl von einem Wärmetrager,beispielsweise Luft, mit einer anderen Temperatur durchströmter Kanäle, so daß zwischen dem zweiten Wärmeträger und dem ersten Wärmeträger beispieleweise Wasser ein Wärmeaustausch stattfindet.

Das Querschnittsprofil der zu kühlenden Platten 2 und 3 längs der mit dem Pfeil B angedeuteten StrÖmungsrichtung der Luft ist durch die Profile der angrenzenden Paare von quer verlaufenden Vorsprüngen 4 und Rücksprüngen 5 einer jeden oberen benachbarten Platte 2 und durch die Profile der angrenzenden Paare von quer verlaufenden Vor-

Sprüngen 6 und Rücksprüngen 7 einer jeden unteren benachbarten Platte 3 gebildet. Zwischen nedem angrenzenden Paar der quer verlaufenden Vor- und Rücksprünge 4 und 5» 6 und 7 einer jeden Platte sind geradlinige Abschnitte 8 vorgesehen. In jeder zu kühlenden Platte 2,3 sind Öffnungen 9 (Fig.I) gelocht. :.

Die FlachrÖhren I werden mit den zu kühlenden Platten "' 2,3 über die gelochten öffnungen 9 in der Weise verbunden, daß die Vorsprünge 4 (Fig. 2,3) und die Rücksprünge 5 der.·--- einen Platten 2 gegenüber den Vor- und Rücksprüngen 6 ""::

und 7 der mit ihnen benachbarten Platten 3 entsprechend *·.-■-zu liegen kommen, wobei die geradlinigen Abschnitte der -^. benachbarten Platten 2,3 gegenüberliegend angeordnet sindl··'* Im Ergebnis werden im Wärmetauscher längs der Luftströ- :— mungsrichtung Kanäle unter Abwechselung von geradlinigen 8 und Dii'fusor-Konfusor-Abschnitten gebildet. Die von den Urhebern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Untersuchungen haben gezeigt, daß gerade in der Wandschicht die turbulente Leitung des Luftstromes die kleinsten Werte und die Wärmestromdichte die größten Werte aufweist. Daraus folgt, daß man die zusätzliche Energie mit dem Zweck, den Wärmeaustausch durch eine künstliche Auf wirbelung des Luftströmes zu intensivieren, nicht über den gesamten Stromquerschnitt bzw. im wesentlichen im Stromkern, sondern dem Strom in der Wandschicht durch Erzeugen von dreidimensionalen Wirbeln in ihr zuführen muß. Man beobachtet im Strömungskern, die höchsten Werte der turbulenten Leitung und die kleinsten Werte des Temperaturgradienten in der zur Kanalwand normalen Richtung sowie die kleinsten Werte der Wärmestromdichte im Querschnitt des Kühlluftstromes.

Deswegen ergibt die zusätzliche Verwirbelung des Strömungskernes, 'für .die 70 bis 90% der gesamten dem Strömungskern zugeführten Energie aufgewendet wird, mittels Wirbler eine praktisch unwesentliche Intensivierung des

Wärmeaustausches im Kanal. Hieraus folgt, daß die

zusätzliche Energie dem Wärmeträgerstrom in der Wandschioht zugeführt werden muß, d.h. an der Stelle, wo dies den höchsten wärmehydraulisohen Effekt gibt.

Die mit dem erfindungsgemäßen Aufbau des Wärmetau-

schere erzielte Intensivierung des Wärmeaustauschprozesses besteht im folgenden.

Beim Durchströmen der Luft durch den RohrZwischenraum auf den Diffusorabsohnitten der Kanäle erfolgt der Verlust an hydrodynamischer Stabilität des Wärmeträgers nur an den Diff usorwänden. Dies hat zur Folge, daß an denr^ Diffus or wand en bei entsprechenden öffnungswinkeln und ei-: : nem bestimmten mit der Re-Zahl gekennzeichneten Strömungs-"\ zustand der Luft dreidimensionale Wirbel erzeugt werden, ;*"' die sich in der Wandschicht befinden. Dabei ist das Maß . „" der Wirbel vergleichbar mit der Höhe der quer ver- *" laufenden Vor- und Rücksprünge. Mit der Luftströmung ;**_; in den Kanälen des Rohr Zwischenraumes werden diese Wirbel. in der Wandschicht auf dem geradlinigen Abschnitt des Ka-" nals stromabwärts getragen und klingen^sich zerstreuend, allmählich ab. Da diese Wirbel auf ihrem Weg, bis sie abgeklungen sind, keinen nächstgelegenen Diffusor-Konfusor- -Abschnitt treffen, so findet keine Wechselwirkung mit dem nächsten auf diesem Diffusor-Konfusor-Abschnitt entstandenen Wirbel statt. Es kommt demgemäß auch nicht zur Wechselwirkung mit dem Strömungskern. Die zusätzliche Energie wird dem Luftströmungskern nicht zugeführt,, wodurch der Ge samt energie aufwand für die Intensivierung des 7/ärmeaustausches im Wärmetauscher der erf indungs gemäße η Bauart sinkt..

Der Abstand h (Fig. 4) zwischen zwei benachbarten zu kühlenden Platten 2 und 3» der Abstand m zwischen den Erzeugenden der Scheitel 12 der gegenüberliegenden Rücksprünge 5 und 7 (Fig. 2) der benachbarten zu kühlenden Platten 2 und 3 und der Abstand η (Fig. 4) zwisohen den Seitenwänden 11 der benachbarten Flachröhren I werden in Abhängigkeit von dem Änderungsbereich der Werte des Verhältnisses zwischen den für den betreffenden Aufbau des Wärmetauschers charakteristischen reduzierten hydraulischen

j-

Durchmessern d und d des Luft kanal s d* /d gewählt.

Die Werte für die Länge 1' (Fig. 3) des geradlinigen Abschnittes des Kanals 8 werden in Abhängigkeit vom reduzierten hydraulischen Durchmesser d des Kanals gewählt, der durch die Seitenwände ¹¹ (Fig.4) der benachbarten

Flachröhren I und die Abschnitte der ebenen Flächen IJ der zu kühlenden Platten gebildet ist.

Für den betreffenden Aufbau des Wärmetauschers werden die Werte d* im engsten Querschnitt des Luftkanals ermittelt, der durch die Seitenwände 11 der benachbarten Flachrönren I und die Erzeugenden der Scheitel 12 der ge-; genüberllegenden Rücksprünge 5 und 7 (Fig. 2) der be- "■■-" ^: nachbarten zu kühlenden Platten 2 und 3 gebildet ist. Es— ist bekannt, daß der Wert des reduzierten hydraulischen "\\ Durchmessers d* dieses Querschnitts des Kanals dem vier-*.; fachen Produkt aus dem Abstand η (Fig. 4) zwischen den benachbarten Seitenwänden 11 der Flachröhren I und dem "·- Abstand m zwischen den -Erzeugenden der Scheitel 12 der :"*" gegenüberliegenden Vorsprünge in den benachbarten zu kühlenden Platten 2 und 3 geteilt durch den zweifachen Betrag der Abstände η und m, d.h.

4 n.m
d*= gleich ist.

Der Wert d wird im Querschnitt des Luftkanalab-Schnitts ermittelt, der durch die Seitenwände der Flachrönren I und die ebenen Flächen IJ der benachbarten au kühlenden Platten 2 und 3 gebildet ist. Der Wert des reduzierten hydraulischen Durchmessers d für diesen Querschnitt ist dem vierfachen Produkt aus dem Abstand η zwischen den benachbarten Seitenwänden 11 der Flachröhren I und dem Abstand h zwischen den zu kühlenden Platten im Wärmetauscher, geteilt durch den zweifachen Betrag der Abstände η und h gleich, d. h.

4 n.h

dz

2 (n + h)

Die wärmehydraulische Effektivität des Wärmetauschers ist durch eine solche mit dem Verhältnis Nu/Nu gekennzeichnete Intensivierung dea Wärmeaustausches bedingt, bei der das Anwachsen der mit dem Verhältnis "ξ / ~f- gekennzeichneten hydraulischen Verluste kleiner als oder zumindest gleichgestellt mit dem Anstieg der Wärmeabgabe sein sollte, d.h.

-.ίο -

Nu/Nu_Q

t/t.

Hier bedeuten Nu und Nu_Q die Nuseelt-Zahl jeweils für die Kanäle der Wärmetauschfläche, gebildet durch die abwedlet selnden geradlinigen und Diffusor-Konf usor-Abschnitte deai. Kanäle, und für die Fläche, die durch die identischen, aber glatten Kanäle gebildet ist, t und %₀ bedeuten jeweils Druckverlustkoeffizienten für die Kanäle der .-""*.

Wärmeaustauschfläche, gebildet durch die abwechselnden ,""-. geradlinigen und Diffusor-Konf usor-Abschnitte der Kanäle,***·"" und für die Fläche, die durch die identischen, aber glat-.··.*. ten Kanäle gebildet ist.

Im Diagramm (Fig. 5) ist an der Abszissenachse die ^:""" Länge der geradlinigen Kanalabschnitte bezeichnet, bezogen auf den reduzierten hydraulischen Durchmesser des geradlinigen Abschnittes des Kanals l'/d, an der -Ordinatenachse das Verhältnis der Nusselt-Zahlen und den Druckverlustkoeffizienten jeweils für die Kanäle der Wärmetauschfläche, gebildet durch die abwechselnden geradlinigen und Diffusor-Konfusor-Abschnitte der Kanäle, und für die Fläche, die durch die identischen, aber glatten Kanäle gebildet ist, also Nu/Nu und f / f .

O * ο

Die Kurve fI) zeigt die Abhängigkeit Nu/Nu_Q = f(l/d ), die Kurve (II) zeigt die Abhängigkeit ^ / *€" ₌

=fj. UVd ). °

Wie aus dem Diagramm ersichtlich, stimmt bei dem Strömungszustand der Kühlluft, der sich mit Re =1700 kennzeichnet, der Ausdruck (I) für Werte l'/d > 1,0. Bei Werten l'/d ·£ 16 fehlt praktisch die wärmehydraulische Effektivität beim Einsatz der vorliegenden Erfindung. Dies erklärt sich dadurch, daß auf dieser Länge l'des geradlinigen Abschnittes des Kanals 8 (Fig. 3) die laminare Struktur der Wandschicht des Kühlluftstromes, aufgewirbelt auf dem vorhergehenden Diffusor-Konfusor-Abschnitt des Kanals, sich wiederherstellt und im nachfolgenden sich der Kühlluftstrom wie in einem üblichen glatten Kanal verhält. deswegen wird ausgerechnet an dieser Stelle, wo die Wiederherstellung der laminaren Struktur der Wandsphicht des

auf dem vorhergehenden Diffusor-Konfusor-Abschnitt aufgewirbelten Kühlluftstromes vor sich geht, der nächste Diffusor-Konfusor-Abschnitt angeordnet, so daß die Wirbelenergie dadurch völlig realisiert und zur Intensivierung des Wärmeaustausches mittels künstlicher Aufwirbelung der Wandschicht des Kühlluftströmea aufgewendet-, werden kann. :

Die höchste wärmehydraulische Effektivität und die kleinsten Abmessungen und Masse können bei dem er- .""

findungseemaßen in der Röhrenplattenbauweise ausgeführten Wasserkühler für Schlepper, wie dies aus den von den " Urhebern der vorliegenden Erfindung durchgeführten Unter-, ■· suchungen hervorgeht, in dem Falle gesichert werden, wenn" der Grad und der relative Schritt der Drosselung des Kühl-" luftstromes Werte aus ihren Änderungsbereichen annehmen, und zwar wenn d* /d . 0,60 + 0,92 und l'/d = 0+ 5, d.h. w«nn die Länge l'der geradlinigen Abschnitte8 der Kanäle fünf reduzierte hydraulische Durchmesser d der geradlinigen Abschnitte der Kanäle nicht übersteigt. Es wird

beobachtet, daß mit abnehmendem Abstand h bei gleichbleibender Höhe der quer verlaufenden Vorsprünge für Werte des Verhältnisses ä*/ä < 0,60 der Anstieg der Wärmeabgabe praktisch aufhört und der Anstieg der hydraulischen Luftdruokverluste schroff zunimmt. Diese Beobachtung kann man dadurch erklären, daß mit dem abnehmenden Abstand h die Lage eintritt, bei der die Höhe der quer verlaufenden Vorsprünge größer als die Stärke der Wandschicht sein wird. Darum werden sich die im Diffusor-Abschnitt der Kanäle erzeugte Wirbel, deren Maß mit der Höhe der

2Q quer verlaufenden Vorsprünge vergleichbar ist, im Querschnitt des Kanals nicht nur in der Wandschicht des Luftstromes sondern auch in dem Stromkern befinden, was aber nicht von Vorteil ist. Auf der Länge Ij der geradlinigen Abschnitte 8 des Kanals, die fünf reduzierte hydraulische Durchmesser d der geradlinigen Abschnitte 8 der Kanäle nicht übersteigen, besitzen die auf dem Diff usor-Konf usor-Abschnitt des Kanals erzeugten Wirbel noch eine gewisse Energie, aber ihr Wert ist so, daß diese Wirbel auf ihrem Wege in der Strömungsrichtung der Kühlluft, den

nächsten Diffusor-Konfusor-Abschnitt treffend, nicht in den Strömungskern diffundieren. Es liegt also fest, daß für den betreffenden Aufbau des Kühlers für Schlepper bei vorgegebenen! Strömungszustand der Kühlluft, dem Drosselungsgrad d*/d und den Verhältnissen Nu/Nu_Q und

f /f die Länge l'des geradlinigen Abschnittes des Ka- ;·. *; nals, die fünf reduzierte hydraulische Durchmesser der ; ;-: geradlinigen Abschnitte der Kanäle, nioht übersteigt, die günstigste ist. :"":

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Verteilung der /"··, Luft über die Kanäle des Luftraumes des Wärme tau- '"* schexs müssen die geradlinigen Abschnitte 8 (Fig. 2) der."-.". Platten 2,3 in der Symmetrieebene der entsprechenden "" [

Platte 2,3 liegen. Dann werden die benachbarten Kanäle den gleichen Widerstand für den Durchtritt der Kühlluft haben, so daß die wärmehydraulische Effektivität des Wärmeaustausches im Wärmetauscher der erf indungs gemäß en Bauart nicht abnimmt.

Jeder Diffusor-Konfusor-Abschnitt des Kanals im Rohr-Zwischenraum kann entweder durch einen Vorsprung bzw. Rücksprung auf einer der benachbarten zu kühlenden Platten oder durch mehrere miteinander gekoppelten Vor- und Rücksprünge oder durch einen Vorsprung, der mit einem Rücksprung gekoppelt ist, gebildet sein. Diese letzte in Fig. 1,2,3 veranschaulichte Ausführung des Röhrenplattenwärmeaustauschers ist die beste, weil dadurch die höchste wärmehydraulische Effektivität gewährleistet wird und aus der Sicht der Pertigungstechnologie der Ausrüstung viele Vorteile bietet, welche davon herrühren, daß sich diese Ausführung im Vergleich zu anderen Ausführungen der Kanäle durch die geringste Anzahl der Flächen gekennzeichnet wird, die manueller Wachbehandlung bedürfen.

Gewerbliche Anwendbarkeit Die Anwendung des Röhrenplattenwärmetauschers im erfindungsgemaßen Aufbau als Wasser-Luft-Kühler für Schlepper hat den Vorteil, daß beim Beibehalten aller übrigen Bedingungen das Volumen und die Masse des Kühlers um das zweifache zurückgehen. In Anbetracht dessen, daß die Was-

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serkühler für Kraftfahrzeuge und Diesellokomotiven aus teuren und knappen Buntmetallen und Legierungen bestehen, sowie aufgrund der Massenfabrikation dieser Kühler laßt die Anwendung dieser Wärmeaustauscherkonstruktion für die genannten Zwecke einen großen wirtschaftlichen 1ίatzen erhalten.

Claims

_ 14 PATENTANSPRÜCHE:

1. Röhrenplatt enwärmetauscher, enthaltend von einem V/äriaeträger mit einer Temperatur durchflossene Höhren, die sich in gelochten öffnungen von Platten befinden, welehe mit einem Abstand zueinander derart angeordnet sind, daß die benachbarten Platten und die Wände der be-;" nachbarten Röhren eine Vielzahl von einem Wärmeträger mit einer anderen Temperatur durchströmter Kanäle bilden, wobei an jeder der Platten Vor- und Rüoksprünge vorgesehen

sind, die jeweils gegenüber den Vor- und Rücksprüngen ; ;*'

der benachbarten Platten liegen und in den genannten Kanä- · len symmetrische Diffusor-Konfusor-Abschnitte zur Auf- Γ ■: wirbelung der Wandschicht des Stromes des diese Kanäle _: ^ durchströmenden Wärmeträgers bilden, dadurch geken η ζ eic h η e t, daß die Platten geradlinige Abschnitte aufweisen, die zwischen den Diffusor-Konfusor- -Abschnitten der Kanäle vorgesehen und an den benachbarten Platten gegenüberliegend angeordnet sind.

2. Röhrenplattenwärmetauscher nach Anspruch I, d a durchgekennze ich net, daß die geradlinigen Abschnitte der Platten eine Länge haben, die nicht größer als diejenige ist, bei der auf dem geradlinigen Abschnitt die Wiederherstellung der laminaren Struktur der Wandschicht des auf dem Diffusor-Konfusor-Abschnitt des Kanals aufgewirbelten Wärmetragerstromes geschieht.

3. Röhrenplattenwärmeträger nach Anspruch 2, d ad u r ch g e k e η η ζ e i ο h η e t, daß die geradlinigen Abschnitte der Platten eine Länge haben, die fünf reduzierte hydraulische Durchmesser der geradlinigen Abschnitte der Kanäle nicht übersteigt.

4. Röhrenplattenwärmetauscher nach einem beliebigen der Ansprüche I bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die geradlinigen Abschnitte der Platten in der Symmetrieebene der entsprechenden Platte liegen. 5· Höhrenplattenwärmetauscher nach einem beliebigen der Ansprüche I bis 4, da d u r c h g e k e η η ζ e i chn e t, daß jeder Diff usor-Konf us or-Ab schnitt durch zumindest einen Vorsprung und zumindest einen mit ihm ge-. koppelten Rücksprung gebildet ist."