RU102776U1

RU102776U1 - PROFILED TUBE OF THE SHOW-TUBE HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: RU102776U1
Application number: RU2009136908/06U
Authority: RU
Inventors: Александр Лаврентьевич Наумов; Андрей Сергеевич Печников; Юрий Михайлович Селиверстов; Виктор Михайлович Сотников
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НПО ТЕРМЭК"
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2011-03-10

Abstract

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к конструктивным элементам кожухотрубных теплообменников, и может использоваться в энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности. Профилированная трубка кожухотрубного теплообменника, имеющая гофрированный профиль, образованный последовательно чередующимися кольцевыми выступами и впадинами, размещенными с заданным шагом по длине трубки, при этом кольцевые выступы и впадины расположены повторяющимися по длине трубы, максимальные ближайшие выступы (впадины) выполнены с шагом от 2 до 6 диаметров трубки и глубиной 0,3-0,6 диаметра трубки, а остальные кольцевые выступы (впадины) выполнены по отношению к соседним выступам (впадинам) с шагом, равным от 0,5 до 1,0 диаметра трубки, и глубиной профиля 0,1-0,2 диаметра трубки. Предложенная профилированная трубка теплообменника позволяет повысить эффективности теплоотдачи и достигнуть высокой интенсификации теплообмена. 1 фиг. The invention relates to the field of heat engineering, namely to the structural elements of shell-and-tube heat exchangers, and can be used in energy, chemical, food and other industries. A profiled tube of a shell-and-tube heat exchanger having a corrugated profile formed by successively alternating annular protrusions and depressions placed with a predetermined step along the length of the tube, while the annular protrusions and depressions are located repeating along the length of the pipe, the maximum closest protrusions (depressions) are made in increments of 2 to 6 tube diameters and a depth of 0.3-0.6 tube diameters, and the remaining annular protrusions (depressions) are made in relation to adjacent protrusions (depressions) with a step equal to from 0.5 to 1.0 tube diameters and, and a profile depth of 0.1-0.2 tube diameter. The proposed profiled heat exchanger tube allows to increase the efficiency of heat transfer and to achieve high intensification of heat transfer. 1 of FIG.

Description

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к конструктивным элементам кожухотрубных теплообменников, и может использоваться в энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of heat engineering, namely to the structural elements of shell-and-tube heat exchangers, and can be used in energy, chemical, food and other industries.

Известен кожухотрубный теплообменник (SU №1763842, кл. F28D 7/16, F28F 1/06, опубл. 1992), содержащий шахматный пучок теплообменных труб с периодически повторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем, имеющих угол раскрытия диффузора и конфузора 6-10°, степень сужения сечения 0,6-0,8, образующих в межтрубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и сужающиеся каналы, при этом теплообменные трубы в пучке размещены со смещением между собой на половину периода профиля диффузор-конфузор, а относительный поперечный шаг труб составляет 1,10-1,16 максимального диаметра трубы.Known shell-and-tube heat exchanger (SU No. 1763842, class. F28D 7/16, F28F 1/06, publ. 1992), containing a staggered bundle of heat exchange tubes with periodically repeating along the length of the diffuser-confuser profile, having an opening angle of the diffuser and confuser of 6-10 ° , the degree of narrowing of the cross-section is 0.6-0.8, forming longitudinal curvilinear periodically expanding and narrowing channels in the annulus, while the heat exchange tubes in the bundle are offset halfway between the diffuser-confuser profile and the relative transverse pipe pitch is nent 1,10-1,16 maximum diameter pipe.

Известно изобретение, относящееся к поверхности теплообмена (RU №2031348, кл. F28F 1/00, F28D 7/00, опубл. 1995), содержащей профиль, образованный последовательно чередующимися выступами и впадинами, имеющими одинаковые размеры относительно осевой линии, а также смежные поверхности, образующие диффузорно-конфузорные каналы, при этом выступы имеют острую кромку, а их высота h=(1,5-2)8, где δ - толщина пограничного слоя, а расстояние S между вершинами соседних выступов составляет (12-15) h.The invention is known relating to a heat transfer surface (RU No. 2031348, class F28F 1/00, F28D 7/00, publ. 1995), containing a profile formed by successively alternating protrusions and depressions having the same dimensions relative to the center line, as well as adjacent surfaces , forming diffuser-confuser channels, the protrusions have a sharp edge, and their height h = (1.5-2) 8, where δ is the thickness of the boundary layer, and the distance S between the vertices of the adjacent protrusions is (12-15) h.

Основным недостатком указанных теплообменных аппаратов является недостаточно высокая турбулизация потока, поскольку образующиеся вихри на соседних выступах и канавках имеют одинаковый размер и не в полной мере турбулизируют пристенные слои потока теплоносителя на внутренних поверхностях впадин.The main disadvantage of these heat exchangers is the insufficiently high turbulization of the flow, since the resulting vortices on the adjacent protrusions and grooves are of the same size and do not fully turbulent the wall layers of the coolant flow on the inner surfaces of the depressions.

Наиболее близким к заявленному является известное устройство для интенсификации конвективного теплообмена (RU №2078296, кл. F28F 1/08, опубл. 1997) при течении жидкости (газа) в каналах с использованием гидродинамических эффектов, содержащее трубу с постоянным круговым сечением и винтовой волнообразной поверхностью, причем в продольном сечении винтовой волнообразной поверхности стенки ограничены линией, составленной из дуг окружности и отрезков прямой, положение которой в плоскости задано определенными уравнениями.Closest to the claimed is a known device for the intensification of convective heat transfer (RU No. 2078296, class F28F 1/08, publ. 1997) during the flow of liquid (gas) in channels using hydrodynamic effects, containing a pipe with a constant circular cross section and a helical wavy surface moreover, in a longitudinal section of a spiral wave-like surface of the wall, they are limited by a line composed of circular arcs and straight line segments, the position of which in the plane is defined by certain equations.

Недостаток известной профилированной трубки для кожухотрубного теплообменника заключается в том, что профиль труб не позволяет полностью использовать эффект интенсификации конвективного теплообмена за счет недостаточной турбулизации пристенного потока теплоносителя внутри впадин теплообменной трубки, что ухудшает гидродинамическую обстановку и уменьшает возможный уровень турбулентности потока теплоносителя.A disadvantage of the known profiled tube for a shell-and-tube heat exchanger is that the pipe profile does not allow the full use of the effect of intensification of convective heat transfer due to insufficient turbulence of the near-wall coolant flow inside the troughs of the heat transfer tube, which worsens the hydrodynamic situation and reduces the possible level of turbulence of the coolant flow.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение интенсификации теплообмена, увеличение теплосъема с единицы поверхности теплообменной трубки при допустимом увеличении гидравлических потерь.The technical task of the invention is to increase the intensification of heat transfer, an increase in heat removal per unit surface of the heat exchange tube with an allowable increase in hydraulic losses.

Поставленная задача решена тем, что профилированная трубка кожухотрубного теплообменника, имеющая гофрированный профиль, образованный последовательно чередующимися кольцевыми выступами и впадинами, размещенными с заданным шагом по длине трубки, при этом кольцевые выступы и впадины расположены повторяющимися по длине трубы, причем максимальные ближайшие выступы (впадины) выполнены с шагом от 2 до 6 диаметров трубки и глубиной 0,3-0,6 диаметра трубки. Остальные кольцевые выступы (впадины) выполнены по отношению к соседним выступам (впадинам) с шагом, равным от 0,5 до 1,0 диаметра трубки, и глубиной профиля 0,1-0,2 диаметра трубки.The problem is solved in that the profiled tube of the shell-and-tube heat exchanger having a corrugated profile formed by successively alternating annular protrusions and depressions placed with a given step along the length of the tube, while the annular protrusions and depressions are located repeating along the length of the pipe, with the maximum nearest protrusions (depressions) made in increments of 2 to 6 tube diameters and a depth of 0.3-0.6 tube diameters. The remaining annular protrusions (depressions) are made with respect to adjacent protrusions (depressions) with a step equal to from 0.5 to 1.0 tube diameter and a profile depth of 0.1-0.2 tube diameter.

Сущность изобретение поясняется подробнее чертежом и описанием к нему.The invention is illustrated in more detail by the drawing and description thereof.

На фиг.1 схематично изображен продольный разрез профилированной трубки кожухотрубного теплообменника. Профилированная трубка имеет прямые концы 1 диаметром (d), между которыми расположен гофрированный профиль, образованный последовательно чередующимися кольцевыми выступами и впадинами. Выступы и впадины повторяются по длине трубки. Максимальные ближайшие выступы 2 выполнены с шагом (11) от 2 до 6 диаметров трубки (d) и глубиной (h1) 0,3-0,6 диаметра трубки (d). Максимальные ближайшие впадины 3 выполнены с шагом (11) от 2 до 6 диаметров трубки (d) и глубиной (h1) 0,3-0,6 диаметра трубки (d). Остальные кольцевые выступы 4 выполнены по отношению к соседним выступам с шагом (12), равным от 0,5 до 1,0 диаметра трубки (d), и глубиной профиля (h2) 0,1-0,2 диаметра трубки (d). Остальные кольцевые впадины 5 выполнены по отношению к соседним впадинам с шагом (12), равным от 0,5 до 1,0 диаметра трубки (d), и глубиной профиля (h2) 0,1-0,2 диаметра трубки (d).Figure 1 schematically shows a longitudinal section of a profiled tube shell-and-tube heat exchanger. A profiled tube has straight ends 1 of diameter (d), between which there is a corrugated profile formed by successively alternating annular protrusions and depressions. The protrusions and depressions are repeated along the length of the tube. The closest protrusions 2 are made with a step (11) from 2 to 6 tube diameters (d) and a depth (h1) of 0.3-0.6 tube diameters (d). The maximum nearest depressions 3 are made with a step (11) from 2 to 6 tube diameters (d) and a depth (h1) of 0.3-0.6 tube diameters (d). The remaining annular protrusions 4 are made with respect to adjacent protrusions with a step (12) equal to from 0.5 to 1.0 of the tube diameter (d) and a profile depth (h2) of 0.1-0.2 of the tube diameter (d). The remaining annular depressions 5 are made with respect to adjacent depressions with a step (12) equal to from 0.5 to 1.0 of the tube diameter (d), and a profile depth (h2) of 0.1-0.2 of the tube diameter (d).

Профилированная трубка кожухотрубного теплообменника работает следующим образом.A profiled tube shell-and-tube heat exchanger operates as follows.

Поток теплоносителя, обтекающий трубку, попадая на гофрированный профиль, образует турбулентные вихри на кольцевых выступах и впадинах. Выступы и впадины образуют повторяющиеся группы по длине трубки. Максимальные ближайшие выступы 2 (впадины 3) в соседних группах выполнены с шагом (11) от 2 до 6 диаметров трубки (d) и глубиной (h1) 0,3-0,6 диаметра трубки (d). Остальные кольцевые выступы 4 (впадины 5) выполнены по отношению к расположенным рядом выступам (впадинам) с шагом (12), равным от 0,5 до 1,0 диаметра трубки (d), и глубиной профиля (h2) 0,1-0,2 диаметра трубки (d).The coolant flow flowing around the tube, falling on the corrugated profile, forms turbulent eddies on the annular protrusions and depressions. The protrusions and depressions form repeating groups along the length of the tube. The maximum closest projections 2 (troughs 3) in neighboring groups are made with a step (11) from 2 to 6 tube diameters (d) and a depth (h1) of 0.3-0.6 tube diameters (d). The remaining annular protrusions 4 (depressions 5) are made with respect to the adjacent protrusions (depressions) with a step (12) equal to from 0.5 to 1.0 of the tube diameter (d) and a profile depth (h2) of 0.1-0 , 2 tube diameters (d).

При течении теплоносителя в межтрубном пространстве происходит сужение и расширение потока при прохождении им выступов и канавок, при этом возникают зоны завихрений, течение приобретает турбулентный характер, возрастают скорости процессов переноса, увеличиваются тепловые потоки на теплопередающую стенку, что приводит к росту теплоотдачи, уменьшению термического сопротивления теплопередачи, в результате чего теплообмен интенсифицируется.During the flow of the coolant in the annulus, the flow narrows and expands during the passage of the protrusions and grooves, while there are turbulence zones, the flow becomes turbulent, the transfer processes increase, the heat fluxes to the heat transfer wall increase, which leads to an increase in heat transfer and a decrease in thermal resistance heat transfer, as a result of which heat transfer is intensified.

Величина и интенсивность вихрей, образованных на выступах и впадинах, расположенных на расстояниях 11 и 12 и имеющих глубину профиля h1 и h2, различна. При их наложении друг на друга происходит более полная турбулизация потока теплоносителя.The magnitude and intensity of the vortices formed on the protrusions and depressions located at distances of 11 and 12 and having a profile depth of h1 and h2 is different. When they are superimposed on each other, more complete turbulization of the coolant flow occurs.

Таким образом, предложенная профилированная трубка кожухотрубного теплообменника с кольцевыми выступами и впадинами, размещенными с предлагаемыми относительными параметрами, обеспечивает оптимальное перераспределение переноса тепловой энергии с интенсификацией процесса теплообмена. Теплотехническая эффективность работы профилированной трубки кожухотрубного теплообменника повышается на 25-30%. Достигнутые результаты позволяют рекомендовать заявленное изобретение для широкого внедрения в различных областях для осуществления эффективного теплообмена.Thus, the proposed profiled tube shell-and-tube heat exchanger with annular protrusions and depressions placed with the proposed relative parameters, provides the optimal redistribution of heat energy transfer with the intensification of the heat transfer process. The heat engineering efficiency of the profiled tube of a shell-and-tube heat exchanger is increased by 25-30%. The results achieved make it possible to recommend the claimed invention for widespread implementation in various fields for effective heat transfer.

Claims

A profiled tube of a shell-and-tube heat exchanger having a corrugated profile formed by successively alternating annular protrusions and depressions arranged with a predetermined step along the length of the tube, characterized in that the annular protrusions and depressions are located repeating along the length of the pipe, with the maximum nearest protrusions (depressions) being made in increments from 2 to 6 tube diameters and a depth of 0.3-0.6 tube diameters, and the remaining annular protrusions (depressions) are made with respect to adjacent protrusions (depressions) with a step equal to 0.5 to 1.0 tube diameter, and a profile depth of 0.1-0.2 tube diameter.