RU2037119C1 - Heat exchanging member - Google Patents
Heat exchanging member Download PDFInfo
- Publication number
- RU2037119C1 RU2037119C1 RU93009685A RU93009685A RU2037119C1 RU 2037119 C1 RU2037119 C1 RU 2037119C1 RU 93009685 A RU93009685 A RU 93009685A RU 93009685 A RU93009685 A RU 93009685A RU 2037119 C1 RU2037119 C1 RU 2037119C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diameter
- turbulizers
- sections
- turbulators
- spiral
- Prior art date
Links
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплообменным аппаратам. The invention relates to heat exchangers.
Известно, что сферические элементы, размещенные в потоке теплоносителя, активно воздействуют на поток, изменяя его структуру. Они оттесняют теплоноситель из ядра потока к стенке канала, способствуют вихреобразованию, разрушению пристенного слоя жидкости или газа, и, тем самым, росту коэффициента теплоотдачи. Кроме того, наличие шаровых элементов в потоке рабочей среды повышает ее эффективную теплопроводность, выравнивает температурное поле омываемого объекта (см. Наринский Д.А. Теплообмен в зернистом слое Тр. ЦКТИ, вып. 62, 1968, с. 158, 160). Это свойство насадки из шаровых элементов использовано в ряде технических решений (см. а.с. СССР N 1698614, кл. F 28 F 13/12 от 15.12.91, Бюл. 46; патент США N 3921711, кл. F 28 F 13/12, 1975; патент США N 4593754, кл. F 28 F 13/12, опублик. 1986, заявка ФРГ N 3530723, кл. F 01 P 3/02, опублик. 1987). В этих устройствах неподвижная шаровая насадка расположена по всей длине труб. При работе теплоноситель движется между шарами вдоль трубы. Шары оттесняют поток теплоносителя к стенке и турбулизируют его в пристенной зоне, что увеличивает теплосъем со стенки трубы. Однако размещение в известных теплообменных трубах шаров по всей длине трубы приводит к большим гидравлическим потерям, что снижает ее теплогидравлическую эффективность и обуславливает значительную массу трубы. It is known that spherical elements placed in the coolant flow actively influence the flow, changing its structure. They push the coolant from the core of the flow to the channel wall, promote vortex formation, destruction of the wall layer of a liquid or gas, and, thereby, increase the heat transfer coefficient. In addition, the presence of spherical elements in the flow of the working medium increases its effective thermal conductivity, evens out the temperature field of the washed object (see Narinsky D.A. Heat transfer in the granular layer of Trudy TsKTI, vol. 62, 1968, p. 158, 160). This property of the nozzle made of ball elements was used in a number of technical solutions (see AS USSR N 1698614, class F 28 F 13/12 of 12/15/91, Bull. 46; US patent N 3921711, class F 28 F 13 / 12, 1975; U.S. Patent 4,593,754, class F 28 F 13/12, published 1986, German application No. 3530723, class F 01 P 3/02, published 1987). In these devices, a stationary ball nozzle is located along the entire length of the pipes. During operation, the coolant moves between the balls along the pipe. Balls push the coolant flow to the wall and turbulize it in the wall zone, which increases the heat removal from the pipe wall. However, the placement of balls in known heat-exchange tubes along the entire length of the pipe leads to large hydraulic losses, which reduces its thermo-hydraulic efficiency and causes a significant mass of the pipe.
Известна также теплообменная труба (см. а.с. СССР N 1719875, кл. F 28 F 13/12 от 15.03.92, Бюл. 10), содержащая размещенную внутри секцию с насадкой в виде расположенных между проницаемыми пластинами шаров диаметром по крайней мере в четыре раза меньшим диаметра трубы, и дополнительные секции, расположенные на равном расстоянии по длине трубы с идентичной насадкой; причем расстояние между секциями и длина каждой секции равны между собой и составляют 1,7-3 диаметра шара. Такое выполнение трубы позволяет снизить ее массу и повысить ее теплогидравлическую эффективность при сохранении высокой интенсивности теплоотвода. A heat exchange tube is also known (see AS USSR N 1719875, class F 28 F 13/12 of 03/15/92, Bull. 10), containing inside the section with a nozzle in the form of balls located between permeable plates with a diameter of at least four times smaller than the diameter of the pipe, and additional sections located at an equal distance along the length of the pipe with an identical nozzle; moreover, the distance between the sections and the length of each section are equal to each other and amount to 1.7-3 diameter of the ball. This embodiment of the pipe allows to reduce its weight and increase its thermo-hydraulic efficiency while maintaining a high intensity of heat removal.
Вместе с тем технологически реализовать известное техническое решение сложно, особенно для длинных труб, так как требуется значительное число дополнительных элементов, ограничивающих и дистанционирующих секции с насадкой. Они не только увеличивают массу теплообменной трубы, ее гидравлическое сопротивление, но и усложняют конструкцию и технологический процесс изготовления и сборки турбулизатора. Кроме того, в такой теплообменной трубе при изготовлении и сборке секций турбулизатора необходимо строго обеспечить заданный тип укладки шаров в секциях, так как от этого зависят размеры как секций, так и участков между ними. Все это требует специальной технологической оснастки. However, it is difficult to technologically implement the known technical solution, especially for long pipes, since a significant number of additional elements are required, limiting and spacing sections with a nozzle. They not only increase the mass of the heat exchanger pipe, its hydraulic resistance, but also complicate the design and technological process of manufacturing and assembling the turbulator. In addition, in such a heat exchange pipe, in the manufacture and assembly of the turbulator sections, it is necessary to strictly ensure the specified type of ball placement in the sections, since the sizes of both the sections and the sections between them depend on this. All this requires special technological equipment.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является техническое решение, реализованное в теплообменной трубе кольцевого сечения, содержащей две соосно установленные трубы, в кольцевом канале между которыми размещены рядами шаровые турбулизаторы диаметром, меньшим ширины канала, установленные по винтовой линии с углом подъема, определяемым зависимостью
φ arctg 
d диаметр шарового турбулизатора;
D1 наружный диаметр внутренней трубы;
D2 внутренний диаметр наружной трубы.Closest to the technical nature of the present invention is a technical solution implemented in a heat exchanger tube of circular cross section, containing two coaxially mounted pipes, in the annular channel between which are placed rows of ball turbulators with a diameter smaller than the width of the channel, installed along a helical line with an elevation angle determined by the dependence
φ arctg
d diameter of the spherical turbulizer;
D 1 the outer diameter of the inner pipe;
D 2 inner diameter of the outer pipe.
В этой теплообменной трубе размещается наиболее плотная упорядоченная укладка шаров, позволяющая интенсифицировать теплообмен. In this heat exchange tube, the most dense ordered packing of balls is located, which allows to intensify heat transfer.
Однако, такая теплообменная труба имеет высокое гидравлическое сопротивление, уменьшение которого за счет секционирования, как это выполнено в техническом решении по а. с. 1719875, неизбежно будет сопровождаться усложнением конструкции (в связи с необходимостью в дистанционирующих элементах сложного профиля), сборки и монтажа турбулизатора. However, such a heat exchange tube has a high hydraulic resistance, the reduction of which is due to sectioning, as is done in the technical solution for a. from. 1719875, will inevitably be accompanied by a complication of the design (due to the need for spacer elements of a complex profile), assembly and installation of the turbulator.
В такой теплообменной трубе шаровые элементы неподжвижны, что ограничивает их турбулизирующее воздействие на пограничный слой теплоносителя и не позволяет полностью использовать их возможности как активаторов теплообмена. In such a heat exchange tube, the ball elements are immobile, which limits their turbulent effect on the boundary layer of the coolant and does not allow to fully use their capabilities as heat transfer activators.
Цель изобретения интенсификация теплообмена. The purpose of the invention is the intensification of heat transfer.
Указанная цель достигается тем, что теплообменный элемент, содержащий две соосно установленные трубы, кольцевой канал между которыми разделен на чередующиеся секции с размещенными в них рядами шаровых турбулизаторов диаметром, меньшим ширины канала, установленными по винтовой линии с углом подъема, определяемым зависимостью
φ arctg 
d диаметр парового турбулизатора;
D1 наружный диаметр внутренней трубы;
D2 внутренний диаметр наружной трубы, и секции без турбулизаторов; турбулизаторы имеют диаметр не менее половины ширины кольцевого канала, выполнены со сквозными диаметральными отверстиями; в кольцевом канале размещена проволочная спираль, проходящая сквозь упомянутые отверстия турбулизаторов, при этом высота участка, заполненного шаровыми турбулизаторами равна 1,7 диаметра этого турбулизатора, а участка без турбулизаторов равна трем диаметрам турбулизатора; спираль выполнена с ограничивающими секции плоскими участками, ширина которых превышает диаметр отверстий в турбулизаторах; в стенках внутренней трубы со стороны заглушенного торца наружной трубы выполнены отверстия, в которых закреплены концы спирали.This goal is achieved by the fact that the heat exchange element containing two coaxially mounted pipes, the annular channel between which is divided into alternating sections with rows of spherical turbulators placed in them with a diameter smaller than the channel width, installed along a helical line with an elevation angle determined by the dependence
φ arctg
d diameter of the steam turbulator;
D 1 the outer diameter of the inner pipe;
D 2 the inner diameter of the outer pipe, and sections without turbulators; turbulators have a diameter of at least half the width of the annular channel, made with through diametrical holes; a wire spiral is placed in the annular channel passing through the mentioned openings of the turbulators, while the height of the section filled with ball turbulators is 1.7 diameters of this turbulizer, and the section without turbulators is equal to three diameters of the turbulizer; the spiral is made with flat sections bounding the sections, the width of which exceeds the diameter of the holes in the turbulators; in the walls of the inner pipe from the side of the muffled end of the outer pipe, holes are made in which the ends of the spiral are fixed.
Высота Н секции с турбулизаторами, равная 1,7d (два слоя шаров) при наиболее плотной укладке, обеспечиваемой заданным углом подъема винтовой линии спирали, позволяет получить максимальное значение скорости потока в пристенном слое как в зоне с турбулизаторами, так и вне ее. The height H of the section with turbulizers, equal to 1.7d (two layers of balls) with the most dense installation, provided by the specified angle of elevation of the helix of the spiral, allows you to get the maximum value of the flow velocity in the wall layer both in the zone with the turbulators and outside it.
Увеличение Н более 1,7d приводит к перераспределению среды и снижению максимальной скорости у стенки и, следовательно, интенсивности теплообмена. При Н d не успевает произойти перераспределение скоростей по сечению теплообменной трубы и поэтому в умеренной зоне скорость потока и интенсивность теплообмена ниже. An increase in H of more than 1.7d leads to a redistribution of the medium and a decrease in the maximum velocity near the wall and, consequently, the intensity of heat transfer. At Н d, the redistribution of velocities over the cross section of the heat exchange pipe does not have time to occur, and therefore, in the temperate zone, the flow rate and heat transfer rate are lower.
Коэффициент теплообмена при омывании поверхности умеренной струи жидкости быстро падает вследствие ее расширения и размывания, поэтому расстояние между секциями с турбулизаторами ограничено величиной 3d, при которой средний коэффициент теплоотдачи на этом участке сохраняет высокое значение. The heat transfer coefficient when washing the surface of a moderate stream of liquid rapidly decreases due to its expansion and erosion, therefore the distance between sections with turbulators is limited by 3d, at which the average heat transfer coefficient in this section remains high.
Увеличение высоты l секции без турбулизаторов более 3d вызывает резкое снижение коэффициента теплоотдачи, а уменьшение l способствует росту гидравлического сопротивления теплообменного элемента, снижению его энергетической эффективности. An increase in the height l of the section without turbulators more than 3d causes a sharp decrease in the heat transfer coefficient, and a decrease in l contributes to an increase in the hydraulic resistance of the heat exchange element and a decrease in its energy efficiency.
Пульсации давления в потоке движущихся сред, вибрация теплообменного элемента, входящего в состав теплообменника или теплового двигателя, воспринимаются пружинной спиралью, приводят к периодическому перемещению шаров вдоль стенки трубы, к механическому соскабливанию и разрушению пограничного слоя, что дополнительно интенсифицирует теплообмен (см. Бузник В.М. Интенсификация теплообмена в судовых установках Л. Судостроение, 1969, с. 82, рис. 4.17). Pressure pulsations in the flow of moving media, vibration of the heat exchanger element that is part of the heat exchanger or heat engine, are perceived by a spring spiral, lead to periodic movement of balls along the pipe wall, to mechanical scraping and destruction of the boundary layer, which further intensifies heat transfer (see Buznik V. M. The intensification of heat transfer in ship installations L. Sudostroenie, 1969, p. 82, Fig. 4.17).
Применение шаровых турбулизаторов, насаженных на пружинную спираль, существенно упрощает конструкцию теплообменного элемента, так как в ней отсутствуют профилированные дистанционирующие элементы, отделяющие секции друг от друга, позволяет реализовать сборку турбулизатора в целом с последующим монтажом его в кольцевом канале теплообменного элемента, причем для осуществления упорядоченной укладки шаров в секциях не требуется специальной оснастки. Все это упрощает технологический процесс изготовления и сборки теплообменного элемента. The use of ball turbulators, mounted on a spring spiral, greatly simplifies the design of the heat exchange element, since it does not have profiled spacing elements that separate the sections from each other, it allows the assembly of the turbulator as a whole with its subsequent installation in the annular channel of the heat exchange element, and for this, to carry out an ordered laying balls in sections does not require special equipment. All this simplifies the manufacturing process and the assembly of the heat exchange element.
На фиг. 1 приведен теплообменный элемент, продольный разрез; на фиг. 2 развертка витка спирали; на фиг. 3 конструкция ограничителя крайних турбулизаторов каждой секции; на фиг. 4 узел крепления спирали; на фиг. 5 разрез турбулизатора. In FIG. 1 shows a heat exchange element, a longitudinal section; in FIG. 2 scan of a coil of a spiral; in FIG. 3 design limiter extreme turbulators of each section; in FIG. 4 spiral mount; in FIG. 5 section of the turbulator.
Теплообменный элемент, содержит две соосно установленные трубы 1, 2, кольцевой канал 3 между которыми разделен на чередующиеся секции 4 с размещенными в них рядами шаровых турбулизаторов 5 диаметром, меньшим ширины канала 3, установленными по винтовой линии с углом подъема, определяемым зависимостью
φ arctg 
d диаметр шарового турбулизатора,
D1 наружный диаметр внутренней трубы,
D2 внутренний диаметр наружной трубы, и секции 6 без турбулизаторов 5.The heat exchange element contains two coaxially mounted pipes 1, 2, the annular channel 3 between which is divided into alternating sections 4 with rows of spherical turbulators 5 placed in them with a diameter smaller than the width of the channel 3, installed along a helical line with an elevation angle determined by the dependence
φ arctg
d diameter of the ball turbulator,
D 1 the outer diameter of the inner pipe,
D 2 the inner diameter of the outer pipe, and section 6 without turbulators 5.
Шаровые турбулизаторы имеют диаметр не менее половины ширины кольцевого канала 3, выполнены со сквозными диаметральными отверстиями 7, в кольцевом канале размещена проволочная спираль 8, проходящая сквозь упомянутые отверстия 7 турбулизаторов, при этом высота Н участка, заполненного шаровыми турбулизаторами, равна 1,7 диаметра этого турбулизатора, а участка l без турбулизаторов равна трем диаметрам турбулизатора, спираль 8 выполнена с ограничивающими секции плоскими участками 9, ширина которых превышает диаметр отверстий 7 в турбулизаторах; в стенках внутренней трубы 1 со стороны заглушенного торца 10 наружной трубы 2 выполнены отверстия 11, в которых закреплены концы 12 спирали 8. Ball turbulators have a diameter of at least half the width of the annular channel 3, are made with through diametrical holes 7, a wire spiral 8 is placed in the annular channel passing through the mentioned openings 7 of the turbulators, while the height H of the section filled with ball turbulators is 1.7 times the diameter of this of the turbulizer, and the section l without turbulators is equal to three diameters of the turbulator, the spiral 8 is made with flat sections 9 bounding the sections, the width of which exceeds the diameter of the holes 7 in the turbulator x; in the walls of the inner pipe 1 from the side of the muffled end 10 of the outer pipe 2, holes 11 are made in which the ends 12 of the spiral 8 are fixed.
При работе теплоноситель (стрелка 13) поступает во внутреннюю трубу 1, поворачивает вблизи заглушенного торца 10 наружной трубы 2 в кольцевой канал 3, где на проволочной спирали 8 закреплены чередующиеся секции 4 с шаровыми турбулизаторами 5. During operation, the coolant (arrow 13) enters the inner pipe 1, turns near the muffled end 10 of the outer pipe 2 into the annular channel 3, where alternating sections 4 with ball turbulators 5 are fixed to the wire spiral 8.
Теплоноситель оттесняется шарами к стенкам кольцевого канала 3, где образуются зоны повышенных скоростей, обеспечивающих высокую интенсивность теплообмена, как в секциях 4 с турбулизаторами, так и на участках 6 без них. Дополнительная интенсификация теплообмена в предлагаемом техническом решении происходит за счет вибрации пружинной спирали и механического перемещения шаровых элементов вблизи стенок канала, сопровождающегося утонением и разрушением пограничного слоя теплоносителя. The coolant is pushed by balls to the walls of the annular channel 3, where zones of increased speeds are formed, providing a high heat transfer rate, both in sections 4 with turbulators and in sections 6 without them. Additional intensification of heat transfer in the proposed technical solution is due to vibration of the spring coil and mechanical movement of the ball elements near the walls of the channel, accompanied by thinning and destruction of the boundary layer of the coolant.
Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого изобретения заключается в том, что:
интенсифицируется теплообмен как за счет вихреобразования при омывании шаровых турбулизаторов, так и вследствие их перемещения при вибрации спирали и механического "соскабливания" (утонения) пристенного слоя;
упрощается конструкция секционного турбулизатора;
упрощается технологический процесс изготовления и сборки секционного турбулизатора в теплообменных элементах;
снижается масса турбулизатора и теплообменного элемента в целом.The technical and economic effect of the implementation of the invention is that:
heat transfer is intensified both due to vortex formation during washing of ball turbulators, and as a result of their movement during spiral vibration and mechanical “scraping” (thinning) of the wall layer;
simplifies the design of a sectional turbulator;
the process of manufacturing and assembling a sectional turbulator in heat-exchange elements is simplified;
the mass of the turbulator and the heat exchange element as a whole decreases.
Claims (3)
где d диаметр шарового турбулизатора;
D1 наружный диаметр внутренней трубы;
D2 внутренний диаметр наружной трубы,
и секции без шаровых турбулизаторов, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, шаровые турбулизаторы имеют диаметр не менее половины ширины кольцевого канала и выполнены со сквозными диаметральными отверстиями, а в кольцевом канале размещена проволочная пружинная спираль, проходящая сквозь упомянутые отверстия турбулизаторов, при этом высота участка, заполненного шаровыми турбулизаторами, равна 1,7 диаметра этого турбулизатора, и высота участка без шаровых турбулизаторов- 3 диаметрам турбулизатора.1. HEAT EXCHANGE ELEMENT, containing two coaxially mounted pipes, the annular channel between which is divided into alternating sections with rows of ball turbulators placed in them with a diameter smaller than the channel width, installed along a helical line with an elevation angle φ determined by the dependence
where d is the diameter of the ball turbulator;
D 1 the outer diameter of the inner pipe;
D 2 inner diameter of the outer pipe,
and sections without spherical turbulizers, characterized in that, in order to intensify heat transfer, spherical turbulators have a diameter of at least half the width of the annular channel and are made with through diametrical holes, and a wire spring spiral passing through the said openings of the turbulators is placed in the annular channel the height of the section filled with spherical turbulizers is equal to 1.7 diameters of this turbulator, and the height of the section without spherical turbulizers is 3 diameters of the turbulator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93009685A RU2037119C1 (en) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | Heat exchanging member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93009685A RU2037119C1 (en) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | Heat exchanging member |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2037119C1 true RU2037119C1 (en) | 1995-06-09 |
| RU93009685A RU93009685A (en) | 1996-09-27 |
Family
ID=20137641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93009685A RU2037119C1 (en) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | Heat exchanging member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2037119C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2502930C2 (en) * | 2012-03-26 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Double-pipe stream heat exchanger |
-
1993
- 1993-02-24 RU RU93009685A patent/RU2037119C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 1749504, кл. F 01P 3/02, опублик. 1992. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2502930C2 (en) * | 2012-03-26 | 2013-12-27 | Открытое акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнева" | Double-pipe stream heat exchanger |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4593754A (en) | Shell and tube heat transfer apparatus and process therefor | |
| US5472047A (en) | Mixed finned tube and bare tube heat exchanger tube bundle | |
| CN201517899U (en) | Pipe shell type heat exchanger | |
| US3921711A (en) | Turbulator | |
| Popov et al. | Industrial applications of heat transfer enhancement: The modern state of the problem (a Review) | |
| CN205090859U (en) | Pyramid fin condenser pipe for double -pipe heat exchanger | |
| RU2037119C1 (en) | Heat exchanging member | |
| US20110240266A1 (en) | Helicoid turbulator for heat exchangers | |
| RU2386096C2 (en) | Honeycomb heat exchanger with flow swirling | |
| RU2631963C1 (en) | Self-cleaning shell-and-tube heat exchanger | |
| RU2502930C2 (en) | Double-pipe stream heat exchanger | |
| RU2027969C1 (en) | Heat exchange element | |
| SU1746196A1 (en) | Heat exchange tube | |
| RU2391613C1 (en) | Shell-and-tube heat exchanger | |
| SU1719875A1 (en) | Heat exchange tube | |
| RU2102673C1 (en) | Shell-and-tube coil heat exchanger | |
| RU2036406C1 (en) | Coil-type shell-and-tube heat exchanger | |
| RU2100731C1 (en) | Double-pipe heat exchanger | |
| SU1280298A1 (en) | Agitating device | |
| CN114152119B (en) | Wave-shaped graphite fin heat exchanger | |
| RU2799161C1 (en) | Heat exchanger | |
| RU2033592C1 (en) | Heat-exchange element | |
| RU2029212C1 (en) | High-temperature heat-transfer element | |
| RU102776U1 (en) | PROFILED TUBE OF THE SHOW-TUBE HEAT EXCHANGER | |
| RU219424U1 (en) | LIQUID HEAT EXCHANGER |