DE3739619A1

DE3739619A1 - Funnel vortex generators and heat exchange (transfer) surfaces for heat exchangers

Info

Publication number: DE3739619A1
Application number: DE19873739619
Authority: DE
Inventors: Martin Prof Dr Ing Fiebig; Udo Dipl Ing Brockmeier; Nimai-Kumar Dr Mitra; Stefan Dipl Ing Tiggelbeck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-11-23
Filing date: 1987-11-23
Publication date: 1988-04-07

Abstract

The invention encompasses shapes, arrangements and the production of generators of funnel vortices for increasing heat transfer at heat exchange surfaces for free and/or forced convection. The axes of the funnel vortices are aligned essentially in the main flow direction and the funnel vortices circulate the heat transfer medium in a pinpointed fashion. Owing to the strong rotation generated in the flow at right angles to the main flow direction, the warm or cold fluid layers near the wall continuously replace the cold or warm fluid layers away from the wall and produce a substantial rise in the heat transfer in conjunction with a relatively slight rise in the pressure losses and/or flow losses. The invention further relates to heat exchange surfaces with funnel vortex generators. Technical applications are heat exchange surfaces of finned (fin-and-tube) heat exchangers, gilled heat exchangers, plate heat exchangers and spiral heat exchangers, as well as heaters, radiators, convectors, housings of calorific electrical and electronic devices, radiant heat exchangers, central volumetric and/or tube-type radiation detectors for the use of solar radiation at high temperature and, furthermore, condensers and evaporators of refrigeration plants or condensers of dry-cooling towers. <IMAGE>

Description

Soll Wärme durch Konvektion an ein Fluid (flüssiges oder gasförmiges Medium) über eine Wand übertragen werden, die entweder durch Strahlung und/oder Konvektion von einem zweiten Fluid geheizt wird, so ist es das Ziel, für einen zu übertragenden Wärmestrom die benötigte Wärmeübertra gungsfläche klein und bei erzwungener Konvektion auch den Druckverlust gering zu halten. Liegt der Wärmeübertragungs widerstand vor allem auf einer Seite der wärmeübertragen den Wand, werden zur Verbesserung des Wärmeübergangs auf dieser Seite plattenförmige Sekundärflächen (Rippen, Lamel len) angebracht, was zu den bekannten Rippenrohr- und La mellen-Wärmeaustauschern geführt hat. Ist der Wärmeübergang auf beiden Seiten der Wand schlecht, können auf beiden Seiten Sekundärflächen angebracht werden, was bei Platten wärmeaustauschern angewandt wird. Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs an Wärmeübertragungsflächen wurden be sondere Sekundärflächen entwickelt. Insbesondere wurden Sekundärflächen als Turbulatoren (Turbulenzerzeuger) und Wirbelerzeuger ausgebildet. Auf Turbulatoren wird nicht weiter eingegangen, da sie mit der Erfindung nichts zu tun haben.Should heat by convection to a fluid (liquid or gaseous medium) are transmitted over a wall, the either by radiation and / or convection from one second fluid is heated, so the goal is for one the required heat transfer to be transferred area is small and with forced convection also the To keep pressure loss low. Is the heat transfer resistance especially on one side of the heat transfer the wall, are used to improve heat transfer plate-shaped secondary surfaces (ribs, lamella len) attached, which leads to the well-known finned tube and La mellen heat exchangers. Is the heat transfer bad on both sides of the wall, can on both Side secondary surfaces are attached, which is the case with panels heat exchangers is applied. For further improvement the heat transfer at heat transfer surfaces were developed special secondary surfaces. In particular, were Secondary surfaces as turbulators (turbulence generators) and Vortex generator trained. Not on turbulators discussed further since they have nothing to do with the invention to have.

Zur Verbesserung des Wärmeübergangs bei erzwungener und/- oder freier Konvektion wurde vorgeschlagen, strukturierte Längswirbel an der Wärmeübertragungsfläche durch Anbringen, Ausprägen oder Ausstanzen von Wirbelgeneratoren zu erzeu gen, die die Form von Rechteck- und Dreieck-Rippen und entsprechender Flügel haben und einen Anstellwinkel mit der Durchströmungsrichtung bilden (1), (2), (3), (4), (5), (6), (7). Allen diesen Vorschlägen liegt zugrunde, durch die Längswirbel gezielt wandferne und wandnahe Fluidschichten auszutauschen und dadurch die für den Wärmeübergang maßge benden Wand-Temperaturgradienten zu erhöhen. Dabei sind entgegengesetzt rotierende Wirbel effizienter als gleich sinnig rotierende Wirbel und es wurde außerdem darauf hin gewiesen, daß Längswirbelerzeuger gegenüber Turbulatoren geringere zusätzliche Druck- oder Strömungsverluste hervor rufen (4), (7). Für freie Konvektion wurden bisher nur kurze, angestellte Rechteckrippen vorgeschlagen (2), die als Pfeilrippen bezeichnet werden. Für zentrale Strahlungs empfänger (CRS - Central Receiver Systems) für Hochtempera tur-Solarprozesse, die als 'volumetric' oder 'tubular' Receivers ausgeführt werden, sind solche Wirbelgeneratoren noch nicht vorgeschlagen worden.In order to improve the heat transfer during forced and / or free convection, it has been proposed to produce structured longitudinal vortices on the heat transfer surface by attaching, stamping or punching out vortex generators, which have the shape of rectangular and triangular ribs and corresponding vanes and an angle of incidence the flow direction form ( 1 ), ( 2 ), ( 3 ), ( 4 ), ( 5 ), ( 6 ), ( 7 ). All of these proposals are based on the fact that the longitudinal vortices specifically replace fluid layers that are remote from and near the wall and thereby increase the wall temperature gradients that give the heat transfer. Reverse rotating vortices are more efficient than equally rotating vortices and it has also been pointed out that longitudinal vortices produce lower additional pressure or flow losses compared to turbulators ( 4 ), ( 7 ). So far, only short, employed rectangular ribs have been proposed for free convection ( 2 ), which are referred to as arrow ribs. Such vortex generators have not yet been proposed for central radiation receivers (CRS - Central Receiver Systems) for high-temperature solar processes which are designed as 'volumetric' or 'tubular' receivers.

Bekannt ist also die Verwendung von Dreieck-Flügeln oder Halbflügeln (bei Flügeln ist deren Hinterkante fest mit der Hauptwärmeübertragungsfläche verbunden, bei Halbflü geln ist die Flügellängsachse fest mit dieser verbunden), als Erzeuger strukturierter Längswirbel zur Wärmeüber gangserhöhung, die durch Ausstanzen und Ausprägen aus oder Aufbringen an der Wärmeübertragungsfläche entstehen.So the use of triangular wings or is known Half-wing (the rear edge of wings is fixed with of the main heat transfer surface, at half flow the wing longitudinal axis is firmly connected to it), as a generator of structured longitudinal vortices for heat transfer increase in gear by punching and stamping out or Apply to the heat transfer surface.

Bekannt sind weiterhin aus der Aerodynamik, daß der ange stellte Tragflügel kleiner Streckung, dessen Vorderkanten überwiegend schräg (also nicht senkrecht) zur Strömungs richtung stehen, entlang der Vorderkanten einen oder auch mehrere starke tütenförmige Wirbel erzeugt, die einen be sonders hohen Auftrieb bewirken, Abb. 1. Solch ein Flügel wird kurz als Tütenwirbelgenerator oder -erzeuger bezeich net. Außerdem ist bekannt, daß die Tütenwirbel bei An stellwinkeln von ∼25° aufplatzen und damit ihre Wirkung verlieren und daß diese Tütenwirbelgeneratoren minimalen induzierten Widerstand erzeugen.Are also known from aerodynamics that the wing is small extension, the leading edges of which are predominantly oblique (i.e. not perpendicular) to the flow direction, generates one or more strong bag-shaped vortices along the leading edges, which cause a particularly high lift, Fig . 1. Such a wing is net short as a bag of vortex generator or producer identified. It is also known that the bag vertebrae burst at an angle of ∼25 ° and thus lose their effect and that these bag vortex generators generate minimal induced resistance.

Neu an der vorliegenden Erfindung ist, daß bei erzwungener und/oder freier Konvektion für Tütenwirbelerzeuger in der Form von Flügeln oder Halbflügeln der Bereich ihrer Strec kung (Flügelbreite zum Quadrat zur Flügelfläche), des An stellwinkels, Schiebewinkels und bei Halbflügeln des Sei tenwinkels angegeben wird. Der Bereich wird so angegeben, daß nicht nur die an sich bekannte Erhöhung des Wärmeüber gangs resultiert, sondern eine so große Wärmeübergangser höhung, die zu einem so guten Verhältnis von Wärmeüber gang zu Strömungsverlust führt, daß der Einsatz von Tüten wirbelgeneratoren in Wärmetauschern besonders günstig ist, Anspruch 1. Günstig heißt dabei, mit einem kleinen Tütenwirbelerzeuger auf einer im Verhältnis zu diesem großen Wärmeübertragungsfläche wesentliche Wärmeüber gangserhöhungen bei z. B. gegebenem Druckverlust zu erzie len.What is new about the present invention is that when forced and / or free convection for bag vortex producers in the Form wings or half-wings the area of their strec kung (wing width squared to wing area), the An setting angle, sliding angle and with half-wings of the screen is specified. The range is specified so that not only the known increase in heat transfer gangs results, but such a large heat transfer elevation resulting in such a good ratio of heat transfer gear loss leads to the use of bags vortex generators in heat exchangers are particularly cheap is, claim 1. Favorable means with a small Bag vortex producers on one in relation to this large heat transfer area essential heat transfer gear increases at z. B. educate given pressure loss len.

Zum Beispiel wurde mit einem Deltaflügel der Streckung 1,25 bei einem Anstellwinkel von 50° auf einer Wärmeüber tragungsfläche, die 173mal größer als die Deltaflügelflä che ist, bei einer Reynoldszhal von 2000 der Wärme übergang um 47% gegenüber dem Wert ohne Deltaflügel gesteigert. In umfassenden Versuchen konnte gezeigt wer den, daß der Turbulenzgrad der Strömung, sofern er unter 25% liegt, unerheblich ist, daß Schiebewinkel unter 25° nur einen untergeordneten Einfluß haben, während Streckun gen zwischen 1,2 und 2,5 und Anstellwinkel zwischen 30° und 65° je nach Reynoldszahl zur Beeinflussung der Wär meübertragungsfläche und der zulässigen zusätzlichen Strö mungsverluste besonders günstig sind. In Abb. 2 sind die maßgebenden Geometrie-Parameter für einen Deltaflügel und Deltahalbflügel dargestellt. Weiterhin zeigt sich, daß die Flügel und Halbflügel umso stärkere Tütenwirbel erzeugen, je geringer ihr Dickenverhältnis ist und für Dickenver hältnisse oberhalb 0,2 drastisch an Wirksamkeit verlieren.For example, with a delta wing of aspect ratio 1.25 at a setting angle of 50 ° on a heat transfer surface that is 173 times larger than the delta wing surface, the heat transfer at a Reynoldszhal of 2000 was increased by 47% compared to the value without the delta wing. Extensive tests have shown that the degree of turbulence of the flow, insofar as it is below 25%, is irrelevant, that sliding angles below 25 ° have only a minor influence, while stretching between 1.2 and 2.5 and angle of attack between 30 ° and 65 °, depending on the Reynolds number, are particularly favorable for influencing the heat transfer surface and the permissible additional flow losses. Fig. 2 shows the relevant geometry parameters for a delta wing and delta half wing. Furthermore, it can be seen that the wings and half-wings produce the more powerful bag swirls, the lower their thickness ratio and drastically lose effectiveness for thickness ratios above 0.2.

Da die Tütenwirbelgeneratoren an einer Wärmeübertragungs fläche angebracht oder aus einer solchen herausgearbeitet werden, beginnen sie an einer Wand, an der sowohl bei erzwungener als auch bei freier Konvektion die Geschwin digkeit verschwindet. In unmittelbarer Wandnähe ist der Tütenwirbelgenerator daher wirkungslos. Da die Tütenwir belstärke, die entscheidend für die Wärmeübergangserhöhung ist, proportional zum Quadrat der Anströmgeschwindigkeit und der Flügelfläche ist, ist es wichtig, eine möglichst große Flügelfläche in den Bereich großer Geschwindigkeiten zu legen. Daher sind z. B. durch Abkantung oder Abrundung vorn abgestumpfte Tütenwirbelerzeuger (Abb. 3) besonders günstig. Weiterhin ist bekannt, daß an den Ecken von Doppeldeltaflügeln und Abwinkelungen neue Tütenwirbel erzeugt werden, und daß so besonders starke und stabile Wirbelkonfigurationen entstehen. Neu an der vorliegenden Erfindung ist daher der Einsatz abgestumpfter Tütenwir belerzeuger, bei denen der wirksame Teil des Wirbelerzeu gers in den günstigsten Strömungsbereich gelegt wird, sowie der Einsatz von Doppeldeltaflügeln und abgewinkelten Flügeln zur Erzeugung besonders starker und stabiler Wir bel, Abb. 3, Anspruch 2.Since the bag vortex generators are attached to or worked out of a heat transfer surface, they start on a wall on which the speed disappears both with forced and free convection. The bag vortex generator is therefore ineffective in the immediate vicinity of the wall. Since the bag vortex strength, which is decisive for the increase in heat transfer, is proportional to the square of the inflow velocity and the wing area, it is important to place the largest possible wing area in the area of high speeds. Therefore z. B. vortex blunted by bending or rounding at the front of the bag vortex generator ( Fig. 3) is particularly cheap. Furthermore, it is known that new bag vertebrae are generated at the corners of double delta wings and bends, and that particularly strong and stable vortex configurations result. What is new about the present invention is therefore the use of blunted bag vortex generators, in which the effective part of the vortex generator is placed in the most favorable flow area, and the use of double delta vanes and angled vanes to produce particularly strong and stable vortexes, Fig. 3, claim 2nd

Ein einzelner deltaartiger Flügel erzeugt ein entgegenge setzt rotierendes Tütenwirbelpaar. Da dies die effektivste Strömungsumwälzung hervorruft, sind Halbflügel möglichst so anzuordnen, daß die ebenfalls solch ein Tütenwirbelpaar erzeugen. Da Tütenwirbel quer zur Strömungsrichtung über eine halbe Flügelbreite schon stark abklingen, während sie in Strömungsrichtung über viele Flügellängen erhalten bleiben, sind Tütenwirbelgeneratoren seitlich relativ eng zu staffeln, während es in Längsrichtung sinnvoll sein kann, sie auch erheblich weiter auseinanderzuziehen. Der beanspruchte Bereich hat sich als besonders günstig erwie sen, wobei die Staffelung als Funktion der Wärmeübertra gungsfläche, der wärmetechnischen Zielsetzung und der Lage des Wirbelerzeugers auf der Wärmeübertragungsfläche zu bestimmten ist, Ansprüche 9, 10, Abb. 4, 5. So sollten z. B. bei erzwungener Konvektion die Tütenwirbelerzeuger an Lamellen im Anlaufgebiet seitlich und längs der Hauptströ mung weiter auseinanderliegen als bei entwickelter Strö mung, um an denjenigen Orten keinen unnötigen Beitrag zum Strömungsverlust zu leisten, an denen der Wärmeübergang anlaufbedingt sowieso hoch ist und dort die volle Wirkung zu entfalten, wo der Wärmeübergang stark verbesserungsfä hig ist. Die plattenförmigen Wärmeübertragungsflächen, wie sie bei Rippenrohr-, Lamellen- und Plattenwärmeaustau schern, aber auch Konvektoren eingesetzt werden, haben einen bestimmten Abstand H zueinander und es sind nun unterschiedliche Wirbelerzeuger-Anordnungen günstig, je nachdem, ob die Tütenwirbelgeneratoren nur an einer oder an beiden Seiten der Platte angebracht werden. Dabei kön nen einige Wirbelgeneratoren gleichzeitig als die kon struktiv notwendigen Abstandshalter für die Platten wir ken. Ziel der Anordnungen ist es immer, eine weitgehend vollständige Fluidumwälzung an beiden Seiten der platten förmigen Wärmeübertragungsflächen zu bekommen. Dazu ist es notwendig, viele starke Tütenwirbel zu erzeugen, die in Strömungsrichtung - wenn zweckmäßig - durch nachfolgen de Tütenwirbelerzeuger wieder verstärkt werden. Daher ist das Herausragen aus der Plattenoberfläche abwechselnd nach beiden Seiten günstig und die optimale Höhe des einzelnen Tütenwirbelerzeugers h im Vergleich zum Platten abstand H abhängig von Anordnung und Lage des Tütenwirbel generators, Ansprüche 11 bis 13. Aus der Ausbreitungsrich tung der entgegengesetzt rotierenden Wirbel und der Lage der Wirbelachsen relativ zum Flügel läßt sich auf die günstige Staffelung der Tütenwirbelerzeuger untereinan der schließen. Dabei soll ein nachfolgender Tütenwirbelge nerator immer als Verstärker der schon vorhandenen Wirbel wirken.A single delta-like wing creates an oppositely rotating pair of bag vertebrae. Since this causes the most effective flow circulation, half-wings should be arranged so that they also create such a pair of bag vertebrae. Since bag swirls already decay sharply across the flow direction over half a wing width, while they remain in the flow direction over many wing lengths, bag swirl generators are staggered relatively narrow on the sides, while it can be useful in the longitudinal direction to pull them apart considerably. The claimed area has proven to be particularly favorable, the staggering as a function of the heat transfer surface, the thermal objective and the position of the vortex generator on the heat transfer surface is to be determined, claims 9, 10, Fig. 4, 5. So z. B. with forced convection the bag vortex generators on fins in the start-up area laterally and along the main flow are further apart than in developed flow, so as not to make an unnecessary contribution to flow loss in those places where the heat transfer is high due to start-up and there is full effect to unfold where the heat transfer is much room for improvement. The plate-shaped heat transfer surfaces, as they shear in finned tube, finned and plate heat exchangers, but also convectors are used, have a certain distance H from each other and there are now different vortex generator arrangements, depending on whether the bag vortex generators only on one or both Sides of the plate. Some vortex generators can act as the structurally necessary spacers for the plates. The aim of the arrangements is always to get a largely complete fluid circulation on both sides of the plate-shaped heat transfer surfaces. For this purpose, it is necessary to generate many strong bag swirls, which are strengthened again in the direction of flow - if appropriate - by subsequent bag swirl generators. Therefore, protruding from the plate surface is alternately favorable on both sides and the optimal height of the individual bag vortex generator h compared to the plate distance H depends on the arrangement and location of the bag vortex generator, claims 11 to 13. From the direction of propagation of the oppositely rotating vortex and The position of the vortex axes relative to the wing can be concluded from the favorable staggering of the bag vortex producers. A subsequent bag vortex generator should always act as an amplifier for the existing vortex.

Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich weiterhin aus den folgenden Zeichnungen mit exemplarischen Darstel lungen.Features and advantages of the invention also result from the following drawings with exemplary representations lungs.

Abb. 1: Tütenwirbel, die an Vorderkanten angestellter Fig. 1: Bag vertebrae, the one attached to the front edges

(a) delta wing,
(b) Delta half-wings are generated.
(c) Rolling up the leading edge vertebra to a door vertebrae on an employed triangular wing, made visible by smoke.
(d) Vertebral cut using laser light cutting through counter rotating bags belpaar behind a delta wing on a la melle.

Abb. 2: Flügel- und Halbflügel-Tütenwirbelerzeuger mit An gabe von Länge l, Breite b, Anstellwinkel β, Schie bewinkel γ, Seitenwinkel σ und Streckung Λ = b ²/A, mit A der Tütenwirbelerzeuger beim Deltaflü gel (a) und der doppelten Tütenwirbelerzeugerfläche beim Deltahalbflügel (b). Fig. 2: Wing and half-wing bag vortex generators with an indication of length l , width b , angle of attack β , slip angle γ , side angle σ and aspect ratio Λ = b ² / A , with A the bag vortex generator for the delta wing (a) and the double cone vortex generator area on the delta half-wing (b) .

Abb. 3: Exemplarische Formen von Tütenwirbelerzeugern: Fig. 3: Exemplary forms of bag vortex producers:

(a) wing: delta wing blunted at the front by folding (a 1 ) and rounding (a 2 ); Double delta wing with decreasing (a 3 ) and increasing (a 4 ) aspect ratio; angled double delta wing (a 5 )
(b) Half wing: Delta half wing blunted at the front by folding (b 1 ) and rounding (b 2 ); Double delta half-wing with decreasing (b 3 ) and increasing (b 4 ) aspect ratio; angled double delta half-wing (b 5 ).

Abb. 4: Reihenanordnung von Tütenwirbelerzeugern quer zur Hauptströmungsrichtung, gezeigt am Beispiel von (a) Doppeldeltaflügel und (b) Paaren von Doppeldelta- Halbflügeln. Fig. 4: Row arrangement of bag vortex generators transverse to the main flow direction, shown using the example of (a) double delta wing and (b) pairs of double delta half wing.

Abb. 5: Versetzte Anordnung von Tütenwirbelerzeugern in Hauptströmungsrichtung hintereinander, gezeigt an Doppeldeltaflügeln. Fig. 5: Staggered arrangement of bag vortex generators one behind the other in the main flow direction, shown on double delta wings.

Abb. 6: Zwei Lamellen im Abstand H mit Tütenwirbelerzeu gern der Höhe h exemplarisch dargestellt an einem Flügel- und einem Halbflügel-Tütenwirbelerzeuger; h/H ≃ 0.4. Fig. 6: Two lamellae at a distance H with bag vortex generators like height h exemplarily shown on a wing and a half-wing bag vortex generator; h / H ≃ 0.4.

Abb. 7: Spiegelbildliche Anordnung von Halbflügel-Tütenwir belerzeugern an der Ober- und Unterseite zweier Wärmeübertragungsflächen, die einen Kanal der Höhe H bilden; h/H ≦ 0.5. Fig. 7: Mirror-image arrangement of half-wing bags vortex generators on the top and bottom of two heat transfer surfaces that form a channel of height H ; h / H ≦ 0.5.

Abb. 8: Alternierende Anordnung von Halbflügel-Tütenwirbel erzeugern an der Ober- und Unterseite von Wärmeüber tragungsflächen eines Lamellenpakets; h/H ≦ 0.5. Fig. 8: Alternating arrangement of half-wing bag swirls on the top and bottom of heat transfer surfaces of a plate pack; h / H ≦ 0.5.

Abb. 9: Ausschnitt (schematisch) aus einem Lamellen-Wärme austauscherstapel, aufgebaut aus erfindungsgemäßen Wärmeübertragungsflächen, mit verschiedenen Tüten wirbelgeneratoren. Gezeigt wird ein Ausschnitt aus einem Lamellenstapel eines Lamellenwärmeaustau schers, bei dem aus den Lamellen eine Anordnung erfindungsgemäßer Tütenwirbelgeneratoren ausge stanzt ist. Gezeigt ist eine Anordnung bestehend aus zwei Rohren (11, 12), durch die das zu erwärmen de oder zu kühlende Fluid geführt wird, und mehre ren als Wärmeübertragungsflächen ausgelegten Lamel len (2). Fig. 9: Section (schematic) of a finned heat exchanger stack, constructed from heat transfer surfaces according to the invention, with different bags of vortex generators. Shown is a section of a lamella stack of a lamella heat exchanger, in which an arrangement of inventive bag vortex generators is punched out of the lamellae. An arrangement is shown consisting of two tubes ( 11, 12 ) through which the fluid to be heated or cooled is passed, and a plurality of lamellae ( 2 ) designed as heat transfer surfaces.

Als Abstandshalter der Lamellen an der Eintritts seite dienen angestellte Halbflügel mit drucksei tigem Druchbruch (31), deren Flügelende zur Er höhung der Auflagefläche für die Gegenlamelle abge flacht ist. Die Abstandshalter an der Austrittsseite der Übertragungsfläche (32) weisen einen saugsei tigen Durchbruch auf. Der Anstellwinkel ist hier so gewählt, daß dem anströmenden Wirbel ein entgegengesetzt rotierender überlagert wird. Anstellwinkel und saugseiti ger Durchbruch gewährleisten einen weitgehenden Abbau der Wirbelströmung an dieser Stelle und wandeln den sonst nutzlos austretenden Impulsstrom in Druck zurück.Employed half-wings with pressure-side breakthrough ( 31 ) serve as spacers of the slats on the inlet side, the wing ends of which are flattened to increase the contact surface for the counter-slats. The spacers on the outlet side of the transfer surface ( 32 ) have a breakthrough on the suction side. The angle of attack is chosen here so that an oppositely rotating one is superimposed on the inflowing vortex. Angle of attack and breakthrough on the suction side ensure that the eddy flow is largely reduced at this point and convert the otherwise useless pulse stream back into pressure.

Die halbflügelförmigen Tütenwirbelgeneratoren im Ein trittsbereich der Spaltströmung (41, 42) weisen von beiden Wärmeübertragungsflächen aus so in den Kanal, daß sich die Wirbelgeneratoren gegenüberstehen, wobei das Verhältnis von Flügelhöhe zu Plattenabstand etwa bei 0.3 liegt. Aufgrund der geringen Grenzschichtdicke an dieser Stelle kann die Höhe und Fläche der Wirbelgeneratoren klein sein. Die Wirbelerzeuger (42) im Staupunktbereich des durch die Lamellenöffnung geführten Rohres (11) weisen bei gleicher Geometrie (41) einen größeren Anstellwinkel auf, um stärkere Wirbel zur Beeinflussung der Rohrumströmung zu induzieren. Die Wirbelerzeuger (51) im Bereich des Rohres haben Anstellwinkel von etwa 35°. Ihre Ausstanzöffnungen liegen auf der Druckseite. Sie ragen nur von einer Wärme übertragungsfläche in den Kanal, um eine unnötige Durchbrechung der Fläche in diesem Bereich hoher Wärme stromdichten in der Lamelle zu vermeiden. Die bei der Wirbelbildung wirksame Kante der Halbflügel liegt im Be reich hoher Geschwindigkeiten. Die Vorderkante ist stumpf und das Verhältnis von Flügelhöhe zu Lamellenabstand be trägt etwa 0.8.The half-winged bag vortex generators in the entry area of the gap flow ( 41, 42 ) have from both heat transfer surfaces in the channel so that the vortex generators face each other, the ratio of wing height to plate spacing being about 0.3. Due to the small boundary layer thickness at this point, the height and area of the vortex generators can be small. The vortex generators ( 42 ) in the stagnation point area of the tube ( 11 ) guided through the lamella opening have a larger angle of attack with the same geometry ( 41 ) in order to induce stronger vortexes to influence the flow around the tube. The vortex generators ( 51 ) in the area of the tube have angles of attack of approximately 35 °. Your punched openings are on the pressure side. They only protrude from a heat transfer surface in the duct in order to avoid unnecessary breakthrough of the surface in this area of high heat current density in the lamella. The edge of the half-wing which is effective in the formation of eddies lies in the area of high speeds. The front edge is blunt and the ratio of wing height to lamella spacing is about 0.8.

Zwischen den beiden Rohren der Anordnung ist eine weitere Reihe von Halbflügel-Wirbelgeneratoren plaziert (61), (62). Aufgrund der angewachsenen Grenzschichtdicke und um ver stärkt Fluidschichten aus der Kanalmitte an die Lamelle zu bringen, beträgt die Höhe hier 50% des Lamellenabstands, die Flügel ragen bis zur Kanalmitte. Die stumpfe Vorder kante bedeutet wiederum eine Verringerung der Ausstanzflä che bei gleichzeitiger Verlagerung der wirksamen Flügel kanten in Bereichen hoher Geschwindigkeit. Die Wirbelbil dung in Wandnähe wäre aufgrund der dort vorherrschenden geringen Geschwindigkeiten schwach. Der vorversetzte Tü tenwirbelerzeuger (61) bewirkt eine Erhöhung des relativ geringen Wärmeübergangs im Nachlauf des Rohres.Another row of half-wing vortex generators is placed between the two tubes of the arrangement ( 61 ), ( 62 ). Due to the increased boundary layer thickness and to bring more fluid layers from the center of the channel to the lamella, the height here is 50% of the lamella distance, the wings extend to the center of the channel. The blunt leading edge in turn means a reduction in the punching surface while at the same time shifting the effective wing edges in areas of high speed. The vortex formation near the wall would be weak due to the low speeds prevailing there. The offset Tü tenwirbeliger ( 61 ) causes an increase in the relatively low heat transfer in the wake of the tube.

Entlang der seitlichen Symmetrielinie der Anordnung (Pa rallelschaltung mehrerer gleichartiger Anordnungen zu einem gesamten Wärmeübertrager) sind Deltaflügel-Wirbelge neratoren (71), (72) ausgestanzt. Auch hier ragen die Wir belerzeuger von beiden Wärmeübertragungsflächen aus in den Kanal. Wie bei den Halbflügeln (41) endet die Flügelspitze bei etwa einem Drittel der Kanalhöhe, da zunächst die wandnahen Schichten umgewälzt werden sollen. Die Wirbeler zeuger (71) weisen Doppeldeltaform auf, die größere Flü gelstreckung in Wandnähe verstärkt die Wirbelbildung.Delta wing eddy generators ( 71 ), ( 72 ) are punched out along the lateral line of symmetry of the arrangement (parallel connection of several similar arrangements to an entire heat exchanger). Here, too, the vortex generators protrude into the channel from both heat transfer surfaces. As with the half-wings ( 41 ), the wing tip ends at about a third of the channel height, since the layers close to the wall are to be circulated first. The vortex generators ( 71 ) have a double delta shape, the larger wing extension near the wall increases the vortex formation.

Bei Deltaflügel-Wirbelgeneratoren wird der abströmende Wirbel zur Lamelle hin abgelenkt und dabei elliptisch verformt. Die Höhe h der Deltaflügel (72) im hinteren Bereich des Spalts beträgt deshalb mehr als 50% des Plat tenabstandes, damit jeder Wirbel sich auf etwa die halbe Kanalhöhe erstreckt, die Wirbel sich gegenseitig verstär ken und Fluidschichten aus der Mitte des Kanals an die Lamelle bringenIn the case of delta wing vortex generators, the flowing vortex is deflected towards the lamella and is thereby deformed elliptically. The height h of the delta wing ( 72 ) in the rear area of the gap is therefore more than 50% of the plate spacing, so that each vortex extends to about half the channel height, the vertebrae reinforce each other and fluid layers from the center of the channel to the lamella bring

Die Wirbelgeneratoren im Austrittsbereich der Strömung sind so angeordnet, daß ein weitestmöglicher Abbau der in der Strömung noch vorhandenen Wirbel stattfindet. Dies geschieht durch Überlagerung vorhandener Wirbelstrukturen durch entgegengesetzt rotierende. Zu diesem Zweck werden die Deltaflügel (81) von hinten angeströmt. Der Durchbruch liegt wie bei den Abstandhaltern (32) auf der Saugseite, was die Durchströmung der Lamelle verstärkt und die Wirbel stärke verringert.The vortex generators in the outlet area of the flow are arranged in such a way that the vortices still present in the flow are broken down as far as possible. This is done by overlaying existing vortex structures with counter rotating ones. For this purpose, the delta wings ( 81 ) are flown against from behind. The breakthrough is like the spacers ( 32 ) on the suction side, which increases the flow through the lamella and reduces the vortex strength.

Der Abstand der Lamellen (2) kann im Vergleich zu einer Anordnung ohne Wirbelgeneratoren aufgrund des erhöhten Wärmeübergangs vergrößert werden. The distance between the fins ( 2 ) can be increased compared to an arrangement without vortex generators due to the increased heat transfer.

1) cf. e.g. B. J.P. Milliat, Experimental study of finned cans of the "herring-bone type". Paper 8 of the symposium on the use of secondary surfaces for heat transfer with clean gases. November 1960. Published by the Institute of Mechanical Engineers. 1 Brideage Walk Westminster London.
2) cf. Laid-open specification 22 51 690 of April 25, 1974, G. Linke, Aachen.
3) cf. Brevet d'invention No. 1.448.341, 8.7.1965, M. Donald Hartley, "Perfectionnements apportes aux exchan gers de chaleur ".
4) cf. Laid-open specification DE 33 47 828 A1, July 18, 1983; Dieter Wurz.
5) cf. e.g. B. F.J. Edwards, C.J.R. Alker, The Improvement of Forced Convection Surface Heat Transfer Using Sur face protrusions in the form of (A) Ceebes and (B) Vortex Generators, Proceedings 5th IHTC Tokyo Vol. 2, pp. 244-248, 1974.
6) cf. e.g. B. C.M. Russel, T.V. Jones, G.H. Lee, Heat Transfer Enhancement Using Vortex Generators. Proc. 7th IHTC, Munich, Vol. 3, pp. 283-288, 1982.
7) cf. e.g. B. M. Fiebig, P. Kallweit, N.K. Miter, Wing Type Vortex Generators for Heat Transfer Enhancement, Proc. 8th THCT, San Francisco, Vol. 5, pp. 2909-2913, 1986.

Claims

1. Bag vortex generator as a wing (trailing edge of the wing connected to the heat transfer surface) or half wing (longitudinal axis connected to the heat transfer surface) on heat transfer surfaces for natural and / or forced convection, characterized in that the wing or half-wing extensions (wing width squared to the wing area) Λ between 1.2 and 2.5 and the angle of attack β to the heat transfer surface between 30 ° and 65 °, the sliding angle γ compared to the direction of flow is less than 25 ° and the side angle σ between the heat transfer surface and the half-wing surface deviates from the right angle by a maximum of 45 ° ( Fig. 2).

2. Bag vortex generator as a wing or half-wing on heat transfer surfaces for natural and / or forced convection, characterized in that the wings or half-wing are blunted in front, have double delta shape and / or are angled ( Fig. 3).

3. bag vortex generator according to claim 1 or 2 with one Thickness ratio (thickness / wall thickness to length of the bag) belgenerator) of less than 0.2.

4. Heat transfer surfaces with bag vortex generators Claim 1 and / or 2, characterized in that the Bag vortex generators on the heat transfer surface be brought without breakthroughs in the heat transfer area.

5. Heat transfer surfaces with bag vortex generators Claim 1 and / or 2, characterized in that the Bag vortex generator by punching out the heat transfer supply area are produced, in which thereby breakthroughs arise.

6. Heat transfer surfaces according to claim 5 with bags belgenerieren, characterized in that the punched facing the overpressure side of the bag vortex producers gene.

7. Heat transfer surfaces according to claim 4 and / or 5 as Stack of ribs, lamellas or plates with bag swirlers gladly, characterized in that the bag vortex producers also as a spacer for the ribs, lamellas or plates Act.

8. Heat transfer surfaces according to claim 4 to 7 with half-wing bag vortex generators according to claim 1 to 3, characterized in that the half-wings are arranged so that oppositely rotating pairs of vertebrae arise ( Fig. 4).

9. Heat transfer surfaces according to claim 4 to 8 with bag vortex generators according to claim 1 to 3, characterized in that the bag vortex generators are arranged in a row perpendicular to the flow direction, such that the distance B between the planes of symmetry of two wings to the wing width b between 1,2 and 3 varies, while in half-wing half symmetry level distance B / 2 to the lateral deflection s of a half-wing varies between 1.1 and 3.5. The deflection s is calculated as the sum of half the tip spacing a / 2 of the half-wing pair and the sine of the angle of attack β times the half-wing length l ( Fig. 4).

10. Heat transfer surfaces according to claim 9, characterized in that at least two rows of bag vortex generators are attached one behind the other with a distance L to the bag vortex generator length l between 1.4 and 6 ( Fig. 5).

11. Two or more plate-shaped heat transfer surfaces at a distance H according to claim 4 and 5 with bag vortex manufacturers like claim 1 and 2, characterized in that the bag vortex generator height h (for wing h is equal to the wing length l times the sine of the angle of attack β and for half-wing h equals half the width b / 2 times the sine of the side angle σ ), makes up more than 40% of the distance H ( Fig. 6).

12. A plurality of plate-shaped heat transfer surfaces at a distance H according to claim 4 and 5 with bag vortex generators according to claims 1 and 2, characterized in that the bag vortex generators of two adjacent heat transfer surfaces are arranged in mirror image and so project in pairs from above and below into the channels formed by the heat transfer surfaces, the height of the bag vortex generator is less than 50% of the heat transfer area ( Fig. 7).

13. Plate-shaped heat transfer surfaces according to claim 12, characterized in that the bag vortex generators are alternately attached to the top and bottom in the flow direction ( Fig. 8).

14. Heat transfer surfaces according to claim 4 to 8 and 11 to 13 with bag vortex generators according to claim 1 to 3, characterized in that the bag vortex generators are staggered in the flow direction, the distance L in the main flow direction of two bag vortex generators arranged one behind the other to their length l between 1.6 and 7 and their lateral displacement B transverse to the main direction of flow for wings between 0.6 and 1.6 times the wing width b and for half-wings between 0.5 and 2 times the lateral deflection s (s = l sin β + Fig 4b);. a / 2.

15. Heat transfer surfaces according to claim 14, characterized ge indicates that the half-wings are arranged in pairs are that a pair of two each rotating in opposite directions Bag vortex generated.

16. Plate-shaped heat transfer surface according to claim 4 to 15, characterized in that the heat transfer surface has an opening for a pipe through which the fluid to be heated or cooled.

17. Finned tube or finned heat exchanger with one Number of ribs or lamellas, characterized in that at least some the form of heat transfer have areas according to claims 4 to 16.

18. Heat exchangers that have at least some heat transfer supply areas according to claims 4 to 16 included.