RU2044248C1

RU2044248C1 - Finned heat-exchange tube

Info

Publication number: RU2044248C1
Application number: RU93030973A
Authority: RU
Inventors: Г.И. Кикиадзе; И.А. Гачечиладзе; В.Г. Олейников; В.В. Алексеев; Т.П. Егоренкова
Original assignee: Акционерное общество "Фирма БАСЭРТ"
Priority date: 1993-07-01
Filing date: 1993-07-01
Publication date: 1995-09-20

Abstract

FIELD: heat exchanger. SUBSTANCE: heat-exchange tube is furnished with fins having three-dimensional concavities and respective convexities on the opposite side of the fin. Concavities and convexities are arranged on concentric circles with an angular displacement on adjacent circles. The depth of concavities and height of convexities makes up 0.05 to 0.15 of the interfin distance, and the maximum width of each concavity makes up 2 to 15 of its depth. The dimensions of concavities and convexities may grow from circle to circle in the direction from the tube axis to the fin periphery. EFFECT: improved design. 2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике (теплоэнергетике) и предназначено для использования в теплообменных и массообменных аппаратах различного назначения. The invention relates to heat engineering (power engineering) and is intended for use in heat transfer and mass transfer apparatuses for various purposes.

Известна теплообменная труба, снабженная ребрами поперечными ее оси (продольными по отношению к обтекающему ребра потоку теплоносителя). На одной боковой стороне поверхности которых выполнены расположенные центрами на концентрических окружностях сферические лунки. На другой боковой поверхности выполнены идентичные сферические лунки. Лунки, лежащие на противоположных боковых поверхностях, смещены друг относительно друга по дуге окружности [1]
Недостатком известного устройства является то, что у него не определены размеры лунок, обеспечивающие положительный эффект интенсификации теплообмена. Выполнение известного устройства затруднительно в том случае, когда по экономическим соображениям для изготовления ребер целесообразно использовать тонкий лист металла. В этом случае толщина листа оказывается недостаточной, чтобы в изготавливаемых из него ребрах выполнить лунки с двух сторон с такими размерами, чтобы происходило ощутимое влияние на теплообмен. Выполнение лунок в соответствии с известным изобретением уменьшает при прочих равных условиях суммарный тепловой поток, проходящий по ребру, поскольку выполненные по этому изобретению лунки уменьшают эффективную толщину ребра.Known heat exchange pipe equipped with ribs transverse to its axis (longitudinal with respect to the flow of coolant flowing around the ribs). On one side of the surface of which are made spherical dimples located at centers on concentric circles. On the other side surface identical spherical holes are made. Wells lying on opposite side surfaces are offset relative to each other along an arc of a circle [1]
A disadvantage of the known device is that it has not determined the size of the holes, providing a positive effect of intensification of heat transfer. The implementation of the known device is difficult in the case when, for economic reasons, for the manufacture of ribs it is advisable to use a thin sheet of metal. In this case, the sheet thickness is insufficient so that in the ribs made from it, holes are made on both sides with such dimensions that there is a noticeable effect on heat transfer. The implementation of the holes in accordance with the known invention reduces, ceteris paribus, the total heat flux passing along the rib, because made according to this invention, the holes reduce the effective thickness of the ribs.

Известна теплообменная труба, снабженная поперечными к ее оси ребрами с выполненными на них трехмерными элементами в виде сферических вогнутостей с одной стороны ребра и соответствующих выпуклостей с противоположной стороны ребра [2]
Недостатком известной конструкции является то, что протекающий между ребрами поток теплоносителя отклоняется выполненными на ребрах элементами от прямого движения по всему промежутку между ребрами, что приводит к излишним гидравлическим потерям и уменьшает эффективность теплообмена.Known heat exchange tube equipped with ribs transverse to its axis with three-dimensional elements made on them in the form of spherical concavities on one side of the ribs and corresponding bulges on the opposite side of the ribs [2]
A disadvantage of the known design is that the coolant flow between the ribs is deflected by the elements made on the ribs from direct movement over the entire gap between the ribs, which leads to excessive hydraulic losses and reduces the heat transfer efficiency.

Цель изобретения обеспечить интенсификацию теплообмена с повышенной эффективностью, т. е. достигнуть как можно большей величины отношения мощности переданного тепла при данном перепаде температуры к мощности, затрачиваемой на перекачку теплоносителя. The purpose of the invention is to ensure the intensification of heat transfer with increased efficiency, that is, to achieve the highest possible ratio of the power of the transferred heat at a given temperature drop to the power spent on transferring the coolant.

Поставленная цель достигается тем, что теплообменная труба оснащена ребрами, на которых выполнены трехмерные элементы в виде вогнутостей с одной боковой стороны ребра и соответствующих выпуклостей с другой боковой стороны ребра, размещенные на концентрических окружностях. Элементы, находящиеся на соседних окружностях, расположены друг относительно друга со смещением по дуге окружности. Глубина вогнутостей и высота выпуклостей составляют 0,05-0,15 от промежутка между соседними ребрами. Максимальный размер вогнутостей и выпуклостей лежит в диапазоне 2-15 глубин вогнутостей. Размеры вогнутостей и выпуклостей, размещенных на одной окружности, имеют одинаковую величину, а размеры вогнутостей и выпуклостей, размещенных на соседних окружностях, могут увеличиваться в направлении от центра устройства к его периферии. This goal is achieved in that the heat exchange tube is equipped with ribs on which three-dimensional elements are made in the form of concavities on one side of the rib and corresponding convexities on the other side of the rib, placed on concentric circles. Elements located on adjacent circles are located relative to each other with offset along an arc of a circle. The depth of concavity and the height of the bulges are 0.05-0.15 from the gap between adjacent ribs. The maximum size of concavities and bulges lies in the range of 2-15 concavity depths. The sizes of concavities and bulges placed on one circle have the same size, and the sizes of concavities and bulges placed on adjacent circles can increase in the direction from the center of the device to its periphery.

На фиг. 1 представлена труба, поперечный разрез; на фиг. 2 ребро, сечение плоскостью, проходящей через вершины вогнутостей и выпуклостей; на фиг. 3 контур, отделяющий вогнутость или выпуклость от остальной части поверхности ребра; на фиг. 4 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 6 обтекаемая потоком теплоносителя оребренная труба и образующиеся вблизи вогнутостей и выпуклостей динамические вихревые структуры. In FIG. 1 shows a pipe, a cross section; in FIG. 2 rib, section by a plane passing through the vertices of concavities and bulges; in FIG. 3 contour separating concavity or bulge from the rest of the surface of the ribs; in FIG. 4, section AA in FIG. 1; in FIG. 5 a section BB in FIG. 1; in FIG. 6 a finned tube streamlined by a heat-transfer medium and dynamic vortex structures formed near concavities and bulges.

Устройство содержит трубу 1 и ребра 2 с выполненными на них вогнутостями 3 с одной боковой стороны ребра и соответствующими выпуклостями 4 с другой боковой стороны ребра. Вогнутости 3 и выпуклости 4 размещены на концентрических окружностях 5. Элементы, находящиеся на соседних окружностях, расположены друг относительно друга со смещением по дуге окружности. Глубина вогнутости h_вг и высота выпуклости h_вп (фиг. 2) составляет 0,05-0,15 от промежутка между соседними ребрами t (фиг. 6), а максимальный размер вогнутости d_вг и выпуклости d_вп (фиг. 2), определяемый как расстояние между наиболее удаленными друг от друга точками 6 и 7 контура 8, отделяющего вогнутость или выпуклость от остальной части поверхности ребра (фиг. 3), лежит в диапазоне 6-9 глубин вогнутостей h_вг. Размеры выпуклостей и вогнутостей, размещенных на одной окружности, имеют одинаковую величину, а размеры вогнутостей и выпуклостей, размещенных на соседних окружностях, могут увеличиваться в направлении от центра устройства к его периферии: d_вг1 < d_вг2 < d_вг3; d_вп1 < d_вп2 < d_вп3 (фиг. 1, 4, 5).The device comprises a pipe 1 and ribs 2 with concavities 3 made on them from one side of the ribs and corresponding bulges 4 from the other side of the ribs. Concavities 3 and convexities 4 are placed on concentric circles 5. Elements located on adjacent circles are located relative to each other with offset along an arc of a circle. The concavity depth h _vg and the height of the convexity h _VP (Fig. 2) is 0.05-0.15 from the gap between adjacent ribs t (Fig. 6), and the maximum concavity size d _vg and convexity d _VP (Fig. 2), defined as the distance between the points 6 and 7 most distant from each other of the contour 8, separating the concavity or convexity from the rest of the rib surface (Fig. 3), lies in the range of 6-9 concavity depths h _vg . The dimensions of the convexities and concavities located on the same circle have the same size, and the sizes of the concavities and convexities located on the adjacent circles can increase in the direction from the center of the device to its periphery: d _br1 <d _br2 <d _br3 ; d _in1 <d _in2 <d _in3 (Fig. 1, 4, 5).

Число концентрических окружностей, на которых размещены вогнутости и выпуклости, зависит от размера ребра и размеров вогнутостей и выпуклостей; на фиг. 1 изображены три окружности в качестве примера. The number of concentric circles on which concavities and bulges are placed depends on the size of the rib and the sizes of concavities and bulges; in FIG. 1 shows three circles as an example.

Устройство работает следующим образом. Обтекающий теплообменную трубу 1 с оребрением 2 поток теплоносителя 9 подвергается воздействию выполненных на боковых поверхностях ребер 2 вогнутостей 3 и выпуклостей 4. Благодаря тому, что глубина h_вг вогнутостей 3 и высота h_вп выпуклостей 4 составляет малую часть, т. е. 0,05-0,15 от промежутка t между соседними ребрами, теплоперенос интенсифицируется лишь в той пристеночной части потока теплоносителя, где сосредоточено его основное теплосопротивление. Помимо этого, вследствие принятого соотношения между максимальным размером d_вг вогнутости d_вп выпуклости и глубиной h_вг вогнутости, высотой вогнутости не возникает застойных зон вблизи вогнутостей и выпуклостей. Эти два обстоятельства благотворно влияют на теплообмен и не приводят к опережающему росту гидросопротивления над ростом интенсивности теплообмена. Трехмерность выполненных элементов, т. е. вогнутостей 3 и выпуклостей 4 является важным фактором, приводящим к генерации трехмерных крупномасштабных динамических вихревых структур 10 в частности вихрей Гертлера и смерчеобразных вихрей. Крупномасштабные структуры интенсифицируют теплообмен в пристеночной зоне ребер, переноса порции теплоносителя от боковой стенки ребра в зону между ребрами. Размещение трехмерных элементов, т. е. вогнутостей 3, выпуклостей 4, по концентрическим окружностям 5 со сдвигом по дуге окружности позволяет вихревым структурам, генерируемым на одной вогнутости или выпуклости, взаимодействовать с другой вогнутостью или выпуклостью, находящейся ниже по потоку от элемента, где возникла вихревая структура. Увеличение размера вогнутостей и выпуклостей, лежащих на окружностях ближе к периферии ребер, приводит к увеличению размеров генерируемых на этих элементах крупномасштабных вихревых структур, которые вследствие этого обладают свойствам интенсифицировать теплообмен на большем расстоянии от краев ребер.The device operates as follows. Ambient heat exchange tube 1 with fins 2 coolant stream 9 formed on the exposed side surfaces of the ribs 2 of concavities and convexities 3, 4. Due to the fact that the depth h 3 _SH concavities and convexities height h _sn 4 is a small fraction, ie. E. 0.05 -0.15 from the gap t between adjacent ribs, heat transfer is intensified only in the near-wall part of the coolant flow where its main heat resistance is concentrated. In addition, due to the relation between the received maximum size d _vp d _SH concavity and convexity depth h _SH concavity, the concavity of the height there is no stagnant zones near the concavities and convexities. These two circumstances have a beneficial effect on heat transfer and do not lead to an outstripping increase in hydraulic resistance over an increase in heat transfer intensity. The three-dimensionality of the elements made, i.e., concavities 3 and convexities 4, is an important factor leading to the generation of three-dimensional large-scale dynamic vortex structures 10 in particular, Gertler vortices and tornado-like vortices. Large-scale structures intensify heat transfer in the wall zone of the ribs, transferring a portion of the coolant from the side wall of the rib to the zone between the ribs. The placement of three-dimensional elements, i.e. concavities 3, convexities 4, along concentric circles 5 with a shift along an arc of a circle allows vortex structures generated on one concavity or convexity to interact with another concavity or convex located downstream of the element where it occurred vortex structure. An increase in the size of concavities and bulges lying on circles closer to the periphery of the ribs leads to an increase in the sizes of large-scale vortex structures generated on these elements, which, as a result, have the ability to intensify heat transfer at a greater distance from the edges of the ribs.

Образование динамических вихревых структур в пристеночной области интенсифицирует массообмен. Вследствие этого снижается отложение примесей на поверхностях ребер, т. е. частиц из дымовых газов или примесей из жидких потоков. В случае потоков жидкостей снижается опасность кризиса теплообмена благодаря интенсивному уносу пузырьков пара от поверхностей ребер. The formation of dynamic vortex structures in the parietal region intensifies mass transfer. As a result, the deposition of impurities on the surfaces of the ribs, i.e., particles from flue gases or impurities from liquid streams, is reduced. In the case of fluid flows, the risk of a heat exchange crisis is reduced due to the intensive removal of vapor bubbles from the surfaces of the ribs.

Claims

1. HEAT EXCHANGE PIPE WITH CIRCULATION in the form of transverse plates, on the surface of which three-dimensional concavities are made on one side of the ribs and their corresponding convexities on the opposite side, characterized in that the concavities and convexities are located on concentric circles with angular displacement on adjacent circles, and the concavity depth and the height of the bulges are 0.05 0.15 intercostal distance, and the maximum width of each concavity is 2 15 of its depth.

2. The pipe according to claim 1, characterized in that the concavities and convexities located on the same concentric circle have the same dimensions, and the corresponding sizes of concavities located on adjacent circles increase in the direction from the pipe axis to the periphery of the rib.