PL85700B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest konstrukcja plaszczowego wymiennika ciepla dla plynów, mogaca miec zastosowanie w nastepujacych ukladach: gaz-ciecz, gdy gaz plynie rura wewnetrzna, gaz-para, gdy gaz plynie rura wewnetrzna, ciecz-para, gdy ciecz plynie rura wewnetrzna.

Znane sa plaszczowe wymienniki ciepla z turbulizatorami w postaci róznego typu spiral, slimaków, tasm, ukladów plaskich plytek lub pierscieni, tworzacych rózne katy z kierunkiem wektora predkosci plynu w rurze wewnetrznej. W wymiennikach tego typu wzrost wspólczynników wnikania ciepla w porównaniu z rura pusta —o tej samej srednicy, dlugosci i przy tym samym natezeniu przeplywu plynu — spowodowany jest glównie wytworzona przez tu rbulizator rotacja plynu. Skladowa wektora rotacji plynu w kierunku przenoszone¬ go strumienia ciepla powoduje jego wzrost; pozostale skladowe albo nie maja wplywu na intensywnosc wymienianego miedzy scianka rury a plynem ciepla, albo ja zmniejszaja. W zwiazku z tym przy stosowaniu znanych turbulizatorów znaczna czesc dostarczonej do ukladu energii mechanicznej ulega dysypacji i nie ma wplywu na wzrost intensywnosci wnikania ciepla.

Znane sa plaszczowe wymienniki ciepla zawierajace w rurze wewnetrznej turbulizatory w postaci wirujacej spirali lub smigielek turbinkowych, wprawiane w ruch przez strumien, plynu. W tego typu wymiennikach wzrost wspólczynników wnikania ciepla w porównaniu z rura pusta o tej samej srednicy, dlugosci i przy tym samym natezeniu przeplywu plynu, spowodowany jest zmniejszeniem grubosci warstwy przysciennej i powstaniem rotacji plynu, której wplyw na proces wnikania ciepla omówiono uprzednio.

Znane sa plaszczowe wymienniki ciepla, w których do wewnetrznej powierzchni rury wewnetrznej przyspawane sa róznego typu elementy turbulizujace: druty lub zebra plaskie, gladkie lub perforowane, z nacieciami róznie usytuowanymi wzgledem kierunku przeplywu plynu. Jesli poprzeczny wymiar liniowy elementu turbulizujacego jest w przyblizeniu równy grubosci warstwy przysciennej, powoduje on jej turbulizacje i wzrost intensywnosci wnikania ciepla; jesli poprzeczny wymiar liniowy jest mniejszy od grubosci warstwy przysciennej, zjawisko to nie musi wystepowac; jesli jest znacznie wiekszy od grubosci warstwy przysciennej,2 85 700 nastepuje niekorzystne z punktu widzenia procesu wnikania ciepla zjawisko oderwania warstwy przyfclennoj, Im wiekszy jest poprzeczny wymiar liniowy elementu turbullzujacego, tym wieksza powierzchnia wymiany ciepla i tym na ogól mniej korzystna deformacja pola przeplywu, a wobec tego wieksze straty energii mechanicznej.

Znane sa wymienniki ciepla z nieruchomym wkladem turbullzujacym w postaci matryc z blach perforowa¬ nych, lub scisle upakowanych siatek i wypelnien ziarnistych o róznych ksztaltach. W tego typu wymiennikach wzrost intensywnosci wnikania ciepla spowodowany jest przede wszystkim zwiekszeniem liniowej predkosci przeplywu plynu w swobodnej przestrzeni rury oraz powiekszeniem powierzchni wymiany ciepla; wplyw rotacji i turbulizacji warstwy przysciennej jest nieznaczny. W tego typu wymiennikach wspólczynniki wnikania ciepla sa 2-10 krotnie wieksze niz w rurze pustej o tej samej srednicy i dlugosci, przy tym samym natezeniu przeplywu plynu. Opory przeplywu wymienników z wypelnieniem ziarnistym sa kilkadziesiat lub nawet sto razy wieksze niz w rurze pustej. Opory wymienników ciepla z matrycami siatkowymi sa na ogól dwukrotnie mniejsze od oporów wymienników z wypelnieniem ziarnistym, jesli wysokosc wkladów, srednice rur wewnetrznych i natezenie przeplywu plynu w porównywanych aparatach sa takie same.

Wynalazek ma na celu opracowanie konstrukcji plaszczowego wymiennika ciepla, w którym wspólczynni¬ ki wnikania ciepla bylyby okolo dziesieciokrotnie wyzsze niz w rurze pustej o tej samej srednicy, lecz w którym równoczesnie opory przeplywu bylyby wielokrotnie mniejsze od oporów przeplywu w znanych wymiennikach z wypelnieniem ziarnistym lub z matryca z siatek scisle upakowanych.

Cel wedlug wynalazku osiagnieto przez zaopatrzenie wewnetrznej rury wymiennika w umocowany na stale lub wymienny wklad w postaci zestawu siatek przylutowanych w niewielkich odstepach do metalowego preta, umieszczonego w osi rury wewnetrznej. Tworzywo siatki stanowi metal o duzym przewodnictwie cieplnym i odpornosci na ewentualne dzialanie korozyjne ogrzewanego czynnika. Poszczególne siatki maja brzegi dokladnie obrobione w celu zapewnienia dobrego kontaktu ze scianka wymiennika. Wymiary oczek siatki wynosza najkorzystniej od 0,02 do 0,1 srednicy wewnetrznej rury wymiennika, zas odstepy miedzy poszczegól¬ nymi siatkami mieszcza sie w granicach od dwóch srednic oczka siatki do wymiaru wewnetrznej srednicy rury wymiennika.

W rozwiazaniu wedlug wynalazku kazda siatka stanowi element turbulizujacy, deformujacy pole przeply¬ wu plynu. Profil liniowej predkosci przeplywu za siatka jest bardziej plaski, grubosc warstwy przysciennej mniejsza, zas intensywnosc burzliwosci i styczne naprezenia Reynoldsa w warstwie przysciennej od kilku do kilkunastokrotnie wieksze, niz w rurze pustej o tej samej srednicy, przy tym samym natezeniu przeplywu.

Stwierdzono, ze w odleglosci kilku oczek siatki parametry burzliwosci w warstwie przysciennej osiagaja maksimum a grubosc warstwy przysciennej minimum. Stwierdzono dalej, ze w odleglosci kilkuset oczek siatki deformacja pola przeplywu za siatka zanika.

Oprócz deformacji pola przeplywu, siatki powoduja zwiekszenie powierzchni wymiany ciepla, przy czym w przeciwienstwie do matryc z siatek scisle upakowanych, obie powierzchnie wszystkich siatek uczestnicza w procesie wymiany ciepla.

Te trzy efekty: wzrost burzliwosci w warstwie przysciennej, zmniejszenie grubosci warstwy przysciennej i zwiekszenie powierzchni wymiany ciepla w wymienniku stanowiacym przedmiot wynalazku sa blisko dziesie¬ ciokrotnie wieksze niz w pustej rurze o tej samej srednicy przy tym samym natezeniu przeplywu. Równoczesnie uzyskuje sie dziesieciokrotne zmniejszenie oporów przeplywu w stosunku do rury z wypelnieniem ziarnistym i pieciokrotne w stosunku do rury z siatkami scisle upakowanymi. W zwiazku z tym koszty eksploatacji wymiennika wedlug wynalazku sa mniejsze od kosztów eksploatacji znanych wymienników. Mniejsze sa równiez koszty wykonania wymiennika i jego ciezar.

Wynalazek jest dokladniej opisany na przykladzie wykonania w zwiazku z rysunkiem, na którym pokazano schematycznie wymiennik w przekroju osiowym.

W rurze 1 wykonanej z miedzi handlowej, o srednicy 25/30 mm, jest umieszczony wymienny wklad w postaci preta 2 z przylutowanymi na nim siatkami 3. Siatki 3 sa wykonane z siatki miedzianej o grubosci drutu 0,8 mm i wielkosci oczek 1,2X1,2 mm. Siatki sa rozmieszczone w kierunku osiowym co 4 mm. W tak W skonstruowanym wymienniku uzyskano dla ukladu gaz-ciecz wspólczynnik wnikania ciepla a = 256— m2 • deg m3 kg przy objetosciowym natezeniu przeplywu V = 6,595 = 21,38 * 10 — . Masowe natezenie przeplywu na h sek jednostke powierzchni wynioslo g = 4,356 kg/m2 • sek., zas spadek cisnienia proporcjonalny do oporów hydraulicznych, wyniósl A P = 230 mm HaO.85 700 3

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Plaszczowy wymiennik ciepla dla plynów zaopatrzony w rure wewnetrzna z umieszczonymi w niej elementami trubulizujacymi przeplyw gazu lub cieczy, znamienny tym, ze w rurze wewnetrznej (1) jest umieszczony trwale lub wymiennie wklad turbulizujacy w postaci preta (2) z zestawem siatek (3) o wymiarach oczek od 0,02 do OJ srednicy wewnetrznej wymiennika, rozmieszczonych na precie (2) w odleglosciach od dwóch srednic oczka siatki do wymiaoi wewnetrznej srednicy rury wymiennika.