NL8400230A

NL8400230A - APPARATUS FOR IMPROVING THE HEAT TRANSITION FACTOR OF VISCOUS FLUIDS FLOWING IN THE TUBES OF HEAT EXCHANGERS.

Info

Publication number: NL8400230A
Application number: NL8400230A
Authority: NL
Original assignee: Transelektro Magyar Villamossa
Priority date: 1983-02-01
Filing date: 1984-01-25
Publication date: 1984-09-03
Also published as: DE3401606C2; JPS59191893A; FR2540234A1; GB2135439A; DE3401606A1; GB8402224D0; CH662644A5; HU187016B; BE898795A; FR2540234B1; ZA84644B; DE8401350U1; GB2135439B

Description

VO 6038VO 6038

Titel: Inrichting voor het verbeteren van de warmteovergangsfactor van in de buizen van warmteuitwisselaars stromende visceuze vloeistoffen.Title: Device for improving the heat transfer factor of viscous liquids flowing in the tubes of heat exchangers.

De inrichting volgens de uitvinding dient ter verbetering van de warmteovergangsfactor van in buizen van een warmteuitwisselaar stromende, een geringe warmtegeleiding bezittende, visceuze vloeistoffen, zoals bijvoorbeeld transformator- of legeroliën.The device according to the invention serves to improve the heat transfer factor of viscous liquids flowing in tubes of a heat exchanger, having low thermal conductivity, such as, for example, transformer or army oils.

5 Het is bekend, dat de voor het smeren en koelen van de legers van stoomturbines of gasturbines dienende oliën, die voor het onttrekken van de in de legers optredende mechanische verlieswarmte in een oliekoeler moeten worden afgekoeld, slechte warmtegeleiders zijn en laminair in de buizen van een warmteuitwisselaar stromen.It is known that the oils which serve to lubricate and cool the bearings of steam turbines or gas turbines, which have to be cooled in an oil cooler to extract the mechanical heat loss occurring in the bearings, are poor heat conductors and laminar in the tubes of flows through a heat exchanger.

10 Tengevolge van de bovengenoemde eigenschappen is de warmteovergangs factor van de oliën laag, hetgeen tot het bezwaar leidt, dat het koelen daarvan een dure warmteuitwisselaar met grote afmetingen vereist.Due to the above-mentioned properties, the heat transfer factor of the oils is low, which leads to the drawback that cooling thereof requires an expensive large-size heat exchanger.

De ongunstige warmteovergangsfactor van de laminair stromende en een slechte warmtegeleidingsfactor bezittende oliën kan worden ver-15 klaard door het feit, dat langs het buisoppervlak de afgekoelde, met een lage snelheid stromende grenslaag als een thermisch isolerende laag werkt en de baan van de thermische stroom ten opzichte van de warmere olie in de richting van de buiswand blokkeert. Terwijl de afgekoelde olie met een lage snelheid langs de buiswand voorwaarts stroomt, quasi een 20 dichtere laag bij de buiswand vormend, stroomt de warme olie in het centrale gedealtB van de buis en wordt nauwelijks afgekoeld. Warmte kan uitsluitend door warmtegeleiding worden overgedragen.The unfavorable heat transfer factor of the laminar flowing and poor thermal conductivity oils can be explained by the fact that along the tube surface the cooled low velocity boundary layer acts as a thermally insulating layer and the path of the thermal current against the warmer oil in the direction of the pipe wall. As the cooled oil flows forward along the tube wall at a slow speed, forming almost a denser layer at the tube wall, the warm oil flows into the central part of the tube and is hardly cooled. Heat can only be transferred by heat conduction.

' In de praktijk pleegt men ter verbetering van de warmteovergangs factor gebruik te maken van een longitudinaal" aangebrachte inwendige 25 ribbe. Het essentiële van deze constructie is daarin gelegen, dat de warmte in de door de ribbe onderverdeelde dwarsdoorsnede een kortere weg moet afleggen, waardoor de thermische weerstand afneemt. Daarentegen bestaat het bezwaar van de ribbe daarin, dat op deze wijze de weerstand, het gewicht en daardoor de produktiekosten worden vergroot.In practice, in order to improve the heat transfer factor, use is made of a longitudinally "arranged internal rib. The essential aspect of this construction lies in the fact that the heat in the cross-section divided by the rib must travel a shorter distance, so that the thermal resistance decreases, on the other hand, the drawback of the rib is that in this way the resistance, the weight and thereby the production costs are increased.

30 De uitvinding stelt zich ten doel de bovengenoemde bezwaren te elimineren met behulp van een inrichting, die door de laminaire stroom 8400230 -V £ ·· · -2 - van de olie onstaande koudere grenslaag van de buiswand verwijdert en het tegelijkertijd mogelijk maakt, dat in plaats hiervan een warmere olie vanuit het midden van de buis kan binnenstromen.The object of the invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks with the aid of a device which, by means of the laminar flow 8400230 -V £ ·· · -2 - removes colder boundary layer from the oil wall and at the same time makes it possible that instead, a warmer oil can enter from the center of the tube.

Ten opzichte van de bekende inwendige ribbe wijkt de inrichting 5 volgens de uitvinding daarin af, dat terwijl de traditionele inwendige ribben de ruimte van de buis hebben verdeeld in evenwijdig aan de lengteas van de buis verlopende of bij benadering evenwijdige kanalen de inrichting volgens de uitvinding de buisruimte verdeeld in loodrecht op de buisas staande secties, waarbij de aan de buiswand van op 10 een dergelijke wijze gescheiden secties optredende grenslaag gedwongen wordt tot een plaatsuitwisseling met de in het midden van de buis stromende warmere olie. Op deze wijze onstaan ook hier de met de lengteas van de buis evenwijdig stromende olielagen, doch hiertussen is geen scheidingsvlak aanwezig, en terwijl deze in de buis voorwaarts stromen, 15 vindt een plaatsverwisseling een aantal malen plaats.With respect to the known internal rib, the device 5 according to the invention differs in that, while the traditional internal ribs have divided the space of the tube into channels running parallel to the longitudinal axis of the tube or approximately parallel channels, the device according to the invention has tube space divided into sections perpendicular to the tube axis, the boundary layer occurring on the tube wall of sections separated in such a way being forced to exchange places with the warmer oil flowing in the middle of the tube. In this way the oil layers parallel to the longitudinal axis of the tube are also formed here, but there is no interface between them, and while these flow forward in the tube, a change of place takes place a number of times.

Een essentiële eigenschap van de traditionele inwendige ribben is daarin gelegen, dat deze een oppervlak bezitten waarvan de grootte. overeenkomt met het binnenoppervlak van de buis. . < · -An essential property of the traditional internal ribs is that they have a surface whose size. corresponds to the inner surface of the tube. . <· -

Het oppervlak van de inrichting volgens de uitvinding is daaren-20 tegen aanmerkelijk kleiner en speelt bij de warmteoverdracht geen rol.On the other hand, the surface of the device according to the invention is considerably smaller and plays no role in the heat transfer.

Het materiaal van de traditionele inwendige ribben is een, de warmte goed geleidend metaal. De warmtegeleiding van de inrichting volgens de uitvinding speelt geen rol en derhalve kan deze zelfs uit een willekeurige kunststof worden vervaardigd.The material of the traditional internal ribs is a metal that conducts heat well. The heat conduction of the device according to the invention plays no role and therefore it can even be manufactured from any plastic.

25 De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder ver wijzing 'naar de tekening. Daarbij toont: fig. 1 een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding; fig. 2 een uitvoeringsvorm van het afbuigelement; en fig. 3 een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing: Fig. 1 shows an embodiment according to the invention; Fig. 2 shows an embodiment of the deflection element; and Fig. 3 shows a further embodiment according to the invention.

30 In fig. 1 vindt men een mogelijke uitvoeringsvorm volgens de uit vinding. De figuur toont een enkele koelpijp van een warmteuitwisselaar.In Fig. 1 a possible embodiment according to the invention is found. The figure shows a single cooling pipe of a heat exchanger.

In de koelpijp 1 zijn de afbuigelementen 2 in een loodrecht op de lengteas van de koelpijp staand vlak, na elkaar zich herhalend, op de bevesti- . gingsdraad 3 bevestigd. Aan de beide uiteinden van de pijp wordt de be-35 vestigingsdraad 3 door bevestigingselementen 4 vastgehouden. Het afbuig- 8409230 - 3 - element 2 buigt de aan de buiswand, in de laminaire grenslaag stromende koude olie en de in het centrale deel van de pijp stromende warme olie af op een door de pijlen aangegeven wijze, zodat de koudere olie in de richting van het inwendige van de pijp en de warmere olie in de richting 5 van de wand van de pijp stroomt. In fig. 1 vindt men een langsdoorsnede vein het van twee kanalen voorziene afbuigelement.In the cooling pipe 1, the deflection elements 2 are in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the cooling pipe, repeating one after the other, on the fixing. guide wire 3 attached. At both ends of the pipe, the fastening thread 3 is held by fastening elements 4. The deflection element 8409230 - 3 - element 2 deflects the cold oil flowing into the pipe wall, into the laminar boundary layer and the warm oil flowing into the central part of the pipe in a way indicated by the arrows, so that the colder oil in the direction from the interior of the pipe and the warmer oil flows towards the wall of the pipe. Fig. 1 shows a longitudinal section of the two-channel deflection element.

Er is ook een oplossing mogelijk, waarbij het afbuigelement 2 in de niet gemonteerde toestand iets groter is dan de binnendiameter van de pijp 1 en nadat de montage heeft plaatsgevonden tengevolge van de 10 elasticiteit daarvan tegen de wand van de pijp 1 wordt gedrukt. Bij een dergelijke oplossing kunnen de bevestigingsdraad 3 en het bevestigings-element 4 worden weggelaten.A solution is also possible in which the deflecting element 2 in the unassembled state is slightly larger than the inner diameter of the pipe 1 and after mounting has been carried out due to its elasticity against the wall of the pipe 1. In such a solution, the mounting wire 3 and the mounting element 4 can be omitted.

Fig. 2 toont een mogelijke uitvoeringsvorm van het afbuiglement 2. Het uit de afbuigring 5 gedrukte afbuigkanaal 6 buigt de tussen de wand 15 van de hier niet weergegeven pijp 1 en de afbuigring 5 stromende grenslaag tegen het centrale gedeelte van de pijp af. Dit vermogen tot afbuiging wordt ook bevorderd door de blokkering 7, die tegelijkertijd ook voor een aanpassing aan de wand van de pijp 1 dient. Om de concentrische opstelling zeker te stellen is de steun 8 uit het materiaal van 20 de afbuigring 5 vervaardigd.Fig. 2 shows a possible embodiment of the deflection element 2. The deflection channel 6 pressed from the deflection ring 5 bends the boundary layer flowing between the wall 15 of the pipe 1 not shown here and the deflection ring 5 against the central part of the pipe. This deflection capability is also enhanced by the blocking 7, which at the same time also serves for adaptation to the wall of the pipe 1. To ensure the concentric arrangement, the support 8 is made from the material of the deflection ring 5.

Een verdere verbetering van de warmteovergang kan worden verkregen bij de in fig. 3 af geheelde uitvoeringsvorm, waarbij de aan dein de pijp 1 ondergebrachte bevestigingsdraad 3 bevestigde afbuigelementen 2 een afwisselende heen- en terugbeweging uitvoeren. De afbuigelementen 2 25 kunnen ook zo in beweging worden gebracht doordat de bevestigingsdraad 3 met een uitwendig bewegingsmechanisme periodiek wordt bewogen.A further improvement of the heat transfer can be obtained in the embodiment shown in Fig. 3, in which the deflection elements 2 fixed to the fixing wire 3 accommodated in the pipe 1 perform an alternating forward and backward movement. The deflection elements 2 can also be moved in this way in that the fastening wire 3 is moved periodically with an external movement mechanism.

Een verdere mogelijkheid volgens fig. 3 bestaat daarin, dat de stroom van het te koelen medium de aan het bevestigingselement 4 en de bevestigingsdraad 3 bevestigde veer 9 spant en het afbuigelement 2 in 30 beweging brengt. Door het periodiek, in korte intervallen uitgevoerde onderbreken van de stroom van het te koelen medium trekt de veer 9 de bevestigingsdraad 3 en daardoor de afbuigelementen 2 in de basisstand terug.- Op deze wijze trekken de afbuigelementen 2 de steeds dikker wordende grenslaag van de wand van de pijp 1 af en dringen deze naar 35 het centrale gedeelte van de pijpdoorsnede, waardoor de wand van de pijp 8400230 3 - i.- - 4 - voor het warmere medium wordt vrijgegeven. Het periodiek stromen van het te koelen medium kan worden verkregen door een bij de toevoer van de warmteuitwisselaar aangebrachte, elektrisch bediende en elektronisch bestuurde blokkeerinrichting of een dergelijke mechanische constructie.A further possibility according to Fig. 3 consists in that the flow of the medium to be cooled spans the spring 9 attached to the fastening element 4 and the fastening wire 3 and sets the deflection element 2 in motion. By interrupting the flow of the medium to be cooled, which is periodically interrupted at short intervals, the spring 9 retracts the fastening wire 3 and thereby the deflecting elements 2 into the basic position. In this way the deflecting elements 2 pull the thickening boundary layer of the wall. away from the pipe 1 and penetrate to the central portion of the pipe cross section, thereby freeing the wall of the pipe 8400230 3 - i.- - 4 - for the warmer medium. The periodic flow of the medium to be cooled can be obtained by an electrically operated and electronically controlled blocking device or the like mechanical construction arranged at the supply of the heat exchanger.

5 Er is ook een oplossing mogelijk, waarbij de beweging wordt bewerkstelligd door de energie van het stromende medium.A solution is also possible, in which the movement is effected by the energy of the flowing medium.

84002308400230

Claims

Device for improving the heat transition factor of viscose liquids flowing in pipes of a heat exchanger / which heat exchanger is provided with deflection elements, characterized in that the deflection elements (2) are provided with deflection channels (6), which are 5 at the wall of the pipe (1) can deflect a flowing boundary layer inwards and divide the interior of the pipe (1) into sections running perpendicular to the axis of the pipe (1).

Device according to claim 1, characterized in that the deflection elements (2) are attached to a mounting wire (3), which in turn is attached to the pipe (1) with mounting elements (4).

Device according to claim 1, characterized in that the deflection elements (2) connect to a mechanism, which is connected to the fastening wires (3), for carrying out a periodic movement.

Device according to claim 1, characterized in that the fastening wires (3) connect to a spring (9) and a device providing a periodic flow of the medium is present at the supply of the cooler.

5. Device according to claim 4, characterized in that the periodic flow of the medium is ensured by a blocking device, which makes use of external energy.

Device according to claim 4, characterized in that the periodic flow of the medium is ensured by a blocking device which is operated by the energy of the flowing medium. 8400230