RU2030702C1

RU2030702C1 - Heat exchange surface

Info

Publication number: RU2030702C1
Authority: RU
Inventors: Леонард Леонидович Васильев; Сергей Владимирович Конев; Владимир Михайлович Богданов; Игорь Иванович Дьяков; Аркадий Леонидович Корсеко; Александр Сергеевич Журавлев
Original assignee: Академический научный комплекс "Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова" АН Беларуси
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1995-03-10

Abstract

FIELD: air conditioning, heating, cooling of electrical equipment heat exchange facilities. SUBSTANCE: heat exchange surface has members in form of flat tubes with rectangular section longitudinal inner channels installed in parallel rows. Longitudinal ribs are provided on end face surfaces of tubes. Walls of larger sides of tubes extend beyond its limits. Made on surface of these sides are external cross lobe ribs which form curved chutes. Arc of base of chutes of odd rows is described with radius from point located on longitudinal rib at side of inlet of heat carrier flow, and in even rows, from point located on opposite ends of tubes. Lobes have bevels arranged at obtuse angle relative to direction of heat carrier flow. EFFECT: enhanced heat exchange. 2 dwg

Description

Изобретение относится к поверхностям нагрева теплообменников, например, в системах кондиционирования, отопления, а также к теплообменным поверхностям, используемым для охлаждения электрической, радиоэлектронной и другой аппаратуры. The invention relates to heating surfaces of heat exchangers, for example, in air conditioning, heating systems, as well as to heat transfer surfaces used for cooling electrical, electronic and other equipment.

Известны теплообменные поверхности (см. патент США N 2012608, кл. 261-90), содержащие расположенные параллельными рядами трубы с поперечным пластинчатым оребрением зигзагообразного профиля, через которое снаружи продувают нагреваемую или охлаждаемую среду. Heat transfer surfaces are known (see US Patent No. 2012608, class 261-90), containing pipes arranged in parallel rows with a transverse lamellar finning of a zigzag profile through which a heated or cooled medium is blown out.

Недостатком известной теплообменной поверхности является увеличение потери энергии на преодоление повышенного гидравлического сопротивления. A disadvantage of the known heat exchange surface is the increase in energy loss to overcome the increased hydraulic resistance.

Известна теплообменная поверхность, содержащая расположенные параллельными рядами трубы с поперечным пластинчатым оребрением в виде желобов, смещенных в смежных рядах на полшага и обращенных вогнутостью в разные стороны [1]. Known heat exchange surface, containing parallel rows of pipes with transverse lamellar finning in the form of grooves, offset in adjacent rows by half a step and facing concavity in different directions [1].

Недостатком известной теплообменной поверхности является невысокая эффективность работы так как с повышением скорости потока резко возрастает гидравлическое сопротивление при протекании среды как в криволинейных каналах, имеющих малый радиус кривизны, так и на входе в оребрение при резком изменении направления движения потока. A disadvantage of the known heat-exchange surface is its low efficiency since, with an increase in the flow rate, the hydraulic resistance sharply increases when the medium flows both in curved channels with a small radius of curvature and at the entrance to the fins with a sharp change in the direction of flow.

Известен также теплообменный элемент, который является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству и принят в качестве прототипа [2]. A heat exchange element is also known, which is the closest in technical essence and the achieved result to the proposed device and adopted as a prototype [2].

Известный теплообменный элемент, из которых может быть выбрана теплообменная поверхность, включает в себя плоскую тепловую трубу с продольными внутренними каналами прямоугольного сечения, на стенках которых со стороны больших сторон трубы выполнены выступы друг против друга, причем стенки больших сторон трубы продолжены за ее пределы с образованием на торцах трубы продольных ребер, два из которых сведены до контакта между ними. На поверхности больших сторон выполнены поперечные лепестковые ребра, размещенные по спирали и имеющие перфорации у основания на изогнутых участках. A known heat-exchange element from which a heat-exchange surface can be selected includes a flat heat pipe with longitudinal internal channels of rectangular cross-section, on the walls of which protrusions are made on the sides of the large sides of the pipe, the walls of the large sides of the pipe extending beyond it to form at the ends of the pipe are longitudinal ribs, two of which are reduced to contact between them. On the surface of the large sides there are transverse lobe ribs arranged in a spiral and having perforations at the base in curved sections.

Недостатком известного теплообменного элемента и набранной из этих элементов теплообменной поверхности является сравнительно малая интенсивность теплообмена, так как в ребрах с перфорацией у основания уменьшено поперечное сечение в зоне контакта лепесткового ребра со стенкой трубы. Эффективность такого оребрения снижается, так как падает тепловой поток, передаваемый через уменьшенное у основания поперечное сечение ребра. The disadvantage of the known heat exchange element and the heat exchange surface recruited from these elements is the relatively low heat transfer rate, since in the ribs with perforation at the base, the cross section in the contact zone of the petal rib with the pipe wall is reduced. The effectiveness of such fins is reduced, since the heat flux transmitted through the reduced at the base of the cross section of the ribs.

Целью предлагаемого изобретения является интенсификация теплообмена. The aim of the invention is the intensification of heat transfer.

Указанная цель достигается за счет того, что в теплообменной поверхности, образованной из плоских с продольными внутренними каналами труб, стенки больших сторон которых продлены за пределы трубы с образованием на ее краях продольных ребер, а на поверхности больших боковых сторон труб выполнены поперечные ребра в виде лепестков, образующих изогнутые желоба, центры кривизны желобов в нечетных рядах размещены на продольных ребрах со стороны входа наружного теплоносителя, а в четных рядах - на продольных ребрах на противоположных концах труб со стороны выхода наружного теплоносителя, причем на лепестках выполнены скосы, наклоненные по направлению движения наружного теплоносителя. This goal is achieved due to the fact that in the heat exchange surface formed from pipes with planar internal longitudinal channels, the walls of the large sides of which are extended beyond the pipe with the formation of longitudinal ribs on its edges, and transverse ribs in the form of petals are made on the surface of the large sides of the pipes forming curved gutters, the centers of curvature of the gutters in odd rows are placed on the longitudinal ribs from the inlet side of the external coolant, and in even rows on the longitudinal ribs at opposite ends of the pipes b on the output side of the outer heat transfer medium, wherein on the petals are made bevels angled in the direction of the outer coolant flow.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается тем, что центры кривизны желобов в нечетных рядах размещены на продольных ребрах со стороны входа наружного теплоносителя, а в четных рядах - на продольных ребрах на противоположных концах труб со стороны выхода наружного теплоносителя, причем на лепестках выполнены скосы, наклоненные по направлению движения наружного теплоносителя. Comparative analysis with the prototype shows that the proposed device is characterized in that the centers of curvature of the grooves in odd rows are located on the longitudinal ribs from the inlet side of the external coolant, and in even rows on the longitudinal ribs on opposite ends of the pipes from the outlet of the external coolant, and on the petals made bevels inclined in the direction of motion of the external coolant.

Таким образом, предлагаемая теплообменная поверхность соответствует критерию "новизна". Thus, the proposed heat exchange surface meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the claimed technical solution not only with the prototype but also with other technical solutions in this technical field did not allow us to identify in them the features that distinguish the proposed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображена теплообменная поверхность, общий вид; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1. In FIG. 1 shows a heat exchange surface, general view; figure 2 is a view along arrow a in figure 1.

Теплообменная поверхность включает в себя плоские трубы 1 с продольными внутренними каналами 2. Стенки 3 больших сторон труб 1 продлены за пределы труб 1 и образуют на краях труб продольные ребра 4, а на поверхности больших боковых сторон труб 1 выполнены поперечные ребра в виде лепестков 5, образующих изогнутые желоба 6. Центры кривизны 7 в нечетных рядах I, III и т. д. размещены на продольных ребрах 4 со стороны входа наружного теплоносителя. Центры кривизны 8 в четных рядах II, IV и т.д. размещены на продольных ребрах 9 и на противоположных концах труб 10 со стороны выхода наружного теплоносителя. The heat exchange surface includes flat pipes 1 with longitudinal internal channels 2. The walls 3 of the large sides of the pipes 1 are extended beyond the pipes 1 and form longitudinal ribs 4 at the edges of the pipes, and transverse ribs in the form of petals 5 are made on the surface of the large sides of the pipes 1, forming curved gutters 6. The centers of curvature 7 in the odd rows I, III, etc. are placed on the longitudinal ribs 4 from the input side of the external coolant. Centers of curvature 8 in even rows II, IV, etc. placed on the longitudinal ribs 9 and at the opposite ends of the pipes 10 from the outlet side of the external coolant.

Отметим, что центр кривизны каждого следующего ряда лепестков смещен по продольному ребру 4 на величину шага по отношению к предыдущему ряду лепестков. Таким образом оси изогнутых желобов 6 в каждой плоской трубе 1 эквидистантны между собой. Note that the center of curvature of each next row of petals is shifted along the longitudinal edge 4 by the amount of step relative to the previous row of petals. Thus, the axis of the curved grooves 6 in each flat pipe 1 are equidistant to each other.

На лепестках 5 выполнены скосы 11, наклоненные по направлению движения наружного теплоносителя. Bevels 11 are made on the petals 5, inclined in the direction of motion of the external coolant.

Предлагаемая теплообменная поверхность работает следующим образом. The proposed heat exchange surface operates as follows.

Через продольные каналы 2 поступает теплоноситель, например вода, который отдает или воспринимает тепло. Снаружи плоские трубы 1 обдувают воздухом, который соответственно нагревается или охлаждается. При этом воздух проходит по изогнутым желобам 6, омывая с двух сторон лепестки 5. Поскольку каждый изогнутый желоб 6 имеет разрывы между лепестками 5, часть воздуха через указанные разрывы за счет действия центробежных сил будет протекать из одного канала в другой в направлении радиусов кривизны, описанных, например, из центров кривизны 7. Дополнительно к турбулизации воздуха в криволинейных каналах за счет действия центробежных сил будет иметь место турбулизация за счет перетекания части теплоносителя из одного криволинейного канала 6 в другой через разрывы между лепестками 5. Описанные выше гидродинамические явления в совокупности обеспечивают интенсификацию теплообмена при малых гидравлических сопротивлениях движению воздуха. Through the longitudinal channels 2, a coolant, for example water, enters, which gives off or receives heat. Outside, the flat pipes 1 are blown with air, which is respectively heated or cooled. In this case, air passes through the curved grooves 6, washing the petals 5 on both sides. Since each curved groove 6 has gaps between the petals 5, part of the air through these gaps due to the action of centrifugal forces will flow from one channel to another in the direction of the radii of curvature described , for example, from centers of curvature 7. In addition to air turbulization in curved channels due to the action of centrifugal forces, turbulization will occur due to the flow of part of the coolant from one curved channel 6 to ugoy through gaps between petals 5. The above-described hydrodynamic phenomena combine to provide the intensification of heat transfer at low hydraulic resistance of air movement.

Необходимо отметить, что в предлагаемой теплообменной поверхности направление входа наружного теплоносителя (воздуха) в I-ый ряд плоских труб 1 совпадает с направлением касательных к плоскостям первого ряда лепестков, расположенных на продольных ребрах 4, так как центры кривизны 7 расположены на этих же продольных ребрах 4 со стороны входа наружного теплоносителя. На основании вышеизложенного, а также в связи с незначительным увеличением скорости воздуха при входе в изогнутые желоба 6 (толщина лепестков ≈ 0,2 мм при шаге ≈ 1,6-1,7 мм; ширина каналов 2 со стенками ≈ 3-4 мм при высоте лепестка ≈ 8 мм) гидравлическое сопротивление входа воздуха в I-ый ряд будет незначительным. Минимальным будет также гидравлическое сопротивление при переходе воздуха из изогнутых желобов I-го ряда в изогнутые желоба II-го, III-го рядов и т.д., так как направление касательных к лепесткам в зонах стыковки I-го и II-го, II-го и III-го ряда совпадают. It should be noted that in the proposed heat-exchange surface, the direction of entry of the external heat carrier (air) into the I-th row of flat pipes 1 coincides with the direction of the tangents to the planes of the first row of petals located on the longitudinal ribs 4, since the centers of curvature 7 are located on the same longitudinal ribs 4 from the inlet side of the external coolant. Based on the foregoing, as well as in connection with a slight increase in the air velocity at the entrance to the curved grooves 6 (the thickness of the petals is ≈ 0.2 mm at a step of ≈ 1.6-1.7 mm; the width of the channels 2 with walls is ≈ 3-4 mm at petal height ≈ 8 mm) the hydraulic resistance of the air inlet in the I-th row will be insignificant. The hydraulic resistance will also be minimal during the transition of air from curved grooves of the 1st row to curved grooves of the 2nd, 3rd rows, etc., since the direction of the tangents to the petals in the areas of the junction of the 1st and 2nd, II 1st and 3rd row coincide.

Таким образом при минимальном гидравлическом сопротивлении потока, омывающего плоские трубы 1, обеспечивается достаточно интенсивный теплообмен. Thus, with a minimum hydraulic resistance of the stream washing the flat pipes 1, a sufficiently intense heat exchange is ensured.

В предложенной теплообменной поверхности за счет скосов 11, наклоненных по направлению движения наружного теплоносителя, обеспечивается плотная стыковка соседних по направлению движения наружного теплоносителя труб 1 краями продольных ребер 4 этих труб. In the proposed heat exchange surface due to the bevels 11, inclined in the direction of movement of the external coolant, a tight connection of adjacent pipes in the direction of movement of the external coolant 1 by the edges of the longitudinal ribs 4 of these pipes is provided.

Преимущества предлагаемой теплообменной поверхности, заключаются в следующем:
1) уменьшается гидравлическое сопротивление при протекании наружного газообразного теплоносителя по изогнутым желобам 6, а также при входе в теплообменную поверхность и при переходе теплоносителя с предыдущего ряда в каждый последующий;
2) интенсифицируются процессы теплообмена как за счет турбулизации теплоносителя в криволинейных желобах, так и за счет перетекания части теплоносителя через разрывы между лепестками 5;
3) обеспечивается плотная компоновка плоских труб 1 в теплообменной поверхности.The advantages of the proposed heat exchange surface are as follows:
1) the hydraulic resistance decreases when the external gaseous coolant flows through the curved gutters 6, as well as when it enters the heat exchange surface and when the coolant passes from the previous row to each subsequent;
2) heat transfer processes are intensified both due to turbulization of the coolant in curved grooves, and due to the flow of part of the coolant through the gaps between the petals 5;
3) provides a dense arrangement of flat pipes 1 in the heat exchange surface.

Claims

HEAT EXCHANGE SURFACE containing elements in the form of flat pipes with longitudinal internal channels of rectangular cross section, the walls of the large sides of the pipe extending beyond its boundaries to form longitudinal ribs on the ends of the pipe, and external transverse lobe ribs forming curved gutters made on the surface of the large sides, characterized in that, in order to intensify the heat transfer process, the elements are installed in parallel rows, the arc of the base of the gutters in odd rows is formed by a radius drawn from a point, aspolozhennoy on a longitudinal edge by coolant flow inlet, in even rows - radius drawn from a point on the pipe ends from the heating medium outlet, and at petal edges are made bevels forming an obtuse angle with the direction of coolant flow.