RU2177593C2 - Теплообменник - Google Patents

Теплообменник Download PDF

Info

Publication number
RU2177593C2
RU2177593C2 RU99122919/06A RU99122919A RU2177593C2 RU 2177593 C2 RU2177593 C2 RU 2177593C2 RU 99122919/06 A RU99122919/06 A RU 99122919/06A RU 99122919 A RU99122919 A RU 99122919A RU 2177593 C2 RU2177593 C2 RU 2177593C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tubes
heat exchanger
groups
inlet
heat
Prior art date
Application number
RU99122919/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU99122919A (ru
Inventor
Т.В. Кирсанова
Ю.П. Козьмин
И.П. Косицын
Г.А. Терехов
Original Assignee
Открытое акционерное общество Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова filed Critical Открытое акционерное общество Самарский научно-технический комплекс им. Н.Д. Кузнецова
Priority to RU99122919/06A priority Critical patent/RU2177593C2/ru
Publication of RU99122919A publication Critical patent/RU99122919A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2177593C2 publication Critical patent/RU2177593C2/ru

Links

Images

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Изобретение предназначено для применения для газификации криогенного топлива в авиационных газотурбинных двигателях. Теплообменник содержит расположенные параллельно одна за другой трубки, соединенные входным и выходным коллекторами и размещенные в обечайке, которая образует полость с входом и выходом для протока теплоносителя, причем согласно изобретению теплообменник используется преимущественно для газификации криогенной жидкости, протекающей внутри трубок, причем трубки расположены одна за другой с шагом S и имеют наружный диаметр dн, кроме того, трубки установлены группами с шагом между группами S1, определяемым из соотношения 1,5≤S1/dн≤2,5, с шагом S, определяемым из соотношения 1,5>S/dн≥1,1. Изобретение позволяет повысить эффективность теплообменника, снижает его внешнее сопротивление и исключает его обмерзание со стороны теплоносителя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к области теплообменных аппаратов и предназначено в основном для газификации криогенного топлива в авиационных газотурбинных двигателях (АГТД). В АГТД, работающих на криогенном топливе, необходима газификация топлива перед подачей его в камеру сгорания. Для газификации топлива применяют теплообменники.
Известен теплообменник - газификатор топлива АГТД, установленный на входе в компрессор (GB N 1022952, кл. F 4 S, опубл. 1966 г.). Недостатком этого теплообменника является его низкая надежность, обусловленная возможным замерзанием трубок теплообменника. Двигатель с таким теплообменником практически неработоспособен при низких скоростях полета, когда температура воздуха на входе близка к температуре окружающей среды. Теплообменник в этом случае работает неэффективно виду его замораживания.
Расположение теплообменника на входе в компрессор также снижает надежность двигателя из-за вероятности его разгерметизации в полете. В этом случае в тракте АГТД образуется взрывоопасная топливо-воздушная смесь, например "гремучий газ" для водородного топлива.
Этот недостаток устранен в теплообменнике в виде трубчатого змеевика, установленного в потоке выхлопных газов (US N 1799249, кл. 165-60, опубл. 1974 г. ). Недостатком этого теплообменника является обмерзание поверхности трубок со стороны теплоносителя, содержащего пары воды, обусловленное высокой теплоотдачей от криогенной среды и ее низкой температурой.
Из теории теплопередачи известно, что чем выше коэффициент теплоотдачи от криогенной среды, тем ниже температура стенок теплообменника. При отрицательных температурах стенок возможно образование твердой фазы (льда, инея) вследствие конденсации и замораживания паров воды, содержащихся в теплоносителе.
Большие скорости движения криогенной среды в последовательно соединенных витках змеевика способствуют росту коэффициента теплоотдачи и, как следствие, образованию льда.
Указанные недостатки этих теплообменников устранены в теплообменнике, содержащем расположенные параллельно одна за другой трубки, соединенные входным и выходным коллекторами и размещенные в обечайке, которая образует полость с входом и выходом для протока теплоносителя (SU 434251 A, F 28 D 7/16, 30.10.1974).
Недостатком этого теплообмена являются повышенные гидравлические потери в потоке теплоносителя, обтекающем теплообменник с внешней стороны. Вышеуказанное решение является ближайшим аналогом изобретения.
Известно, что потери во внешнем потоке, обтекающем последовательно расположенные трубки, возрастают при увеличении шага между трубками S до величины более 1,5 ее диаметра dH, т.е. отношение S/dH должно быть < 1,5 (см. И. Е. Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975, стр.397, а также А.М. Крапивин и др. Гидравлическое сопротивление однородного трубного пучка, обтекаемого плоскопараллельным потоком газа. Теплоэнергетика, N 6, 1972, стр. 24...27). Поэтому для снижения сопротивления и, как следствие, повышения экономичности, если теплообменник расположен в тракте АГТД, необходимо выполнять теплообменники с компактным расположением трубок, с S/dH ≤ 1,5.
Однако при большом количестве труб в пучке течение вдоль пучка становится аналогичным течению вдоль шероховатой пластины и на поверхности пучка образуется толстый захоложенный слой теплоносителя, который вследствие его термического сопротивления снижает эффективность теплообмена между теплоносителем и криогенной жидкостью. В работе "Расчетно-экспериментальное исследование гидравлики и теплообмена в трубных пучках, обтекаемых неограниченным потоком" (Тех. отчет ЦИАМ N 30208/3, 1989 г.) показано, что при уменьшении количества труб в пучке от 11 до 6 число Нуссельта (Nu), характеризующее теплоотдачу с внешней стороны пучка, возрастает примерно в 2 раза. При этом вероятность обмерзания шеститрубного пучка практически исключается ввиду его очень высокой эффективности.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании высокоэффективного теплообменника на всех режимах его работы, с малым внешним сопротивлением и отсутствием обмерзания трубок со стороны теплоносителя в случае использования криогенной жидкости в качестве топлива внутри трубок.
Поставленная задача решается тем, что теплообменник содержит расположенные параллельно одна за другой трубки, соединенные входными и выходными коллекторами и размещенные в обечайке, которая образует полость с входом и выходом для протока теплоносителя, причем согласно изобретению теплообменник используется преимущественно для газификации криогенной жидкости, протекающей внутри трубок, причем трубки расположены одна за другой с шагом S и имеют наружный диаметр dH, кроме того, трубки установлены группами с шагом между группами S1, определяемым из соотношения 1,5 ≤ S1/dH ≤ 2,5.
Кроме того, трубки в группах установлены с шагом S, определяемым из соотношения 1,5 > S/dH ≥ 1,1.
Расчеты, подтвержденные экспериментальными данными, показали, что теплоотдача (критерий Nu) 20-ти трубного пучка, состоящего из четырех групп по пять труб в каждой группе с относительным шагом между группами S1/dH= 2,33 и относительным шагом между трубами в группах S/dH = 1,17, в 2 раза больше теплоотдачи 20-ти трубного пучка, выполненного по обычной схеме с шагом между трубками S/dH = 1,17.
Настоящее изобретение представлено чертежами, где
на фиг. 1 приведен общий вид теплообменника;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - зависимость критерия Nu с наружной стороны от числа трубок и шага между ними.
Теплообменник состоит из обечайки 1 с внутренней полостью 2 для протока теплоносителя с входом 3 и выходом 4. В полости 2 расположен входной коллектор 5 с полостью 6 для входа криогенной жидкости и выходной коллектор 7 с полостью 8 для выхода криогенной жидкости. Входной 5 и выходной 7 коллекторы соединены параллельно расположенными рядами трубок 9 с наружным диаметром dH, расположенными одна за другой с шагом S. Трубки 9 расположены отдельными группами с шагом S1 между группами.
Входной коллектор 5 снабжен патрубком 10 для подвода криогенной жидкости 11, а выходной коллектор 7 снабжен патрубком 12 для выхода подогретой криогенной жидкости 13. Вход 3 полости 2 предназначен для подачи горячего теплоносителя 14 (например, продуктов сгорания после турбины ГТД), а выход 4 - для охлажденного теплоносителя 15.
На фиг. 3 видно, что теплоотдача (критерий Nu) увеличивается с уменьшением количества труб nтр в пучке, достигая максимального значения при nтр = 3. Например, при
Figure 00000002
, при nтр = 10 Nu = 300, а при nтр = 5 Nu = 500, т.е. теплоотдача увеличивается в 1,7 раза.
Теплообменник работает следующим образом.
Криогенное топливо 11 в жидком состоянии по патрубку 10 поступает в полость 6 входного коллектора 5, затем в трубки 9, в которых в результате теплообмена с теплоносителем 14 газифицируется и в газообразном состоянии поступает в полость 8 выходного коллектора 7 и через патрубок 12 по стрелке 13 направляется к потребителю, например камере сгорания. На последней трубке каждой группы срывается образовавшийся пограничный слой теплоносителя, в результате чего эффективность теплообменника повышается, исключается его обмерзание с наружной стороны и уменьшается гидравлическое сопротивление.

Claims (2)

1. Теплообменник, содержащий расположенные параллельно одна за другой трубки, соединенные входным и выходным коллекторами и размещенные в обечайке, которая образует полость с входом и выходом для протока теплоносителя, отличающийся тем, что теплообменник используется преимущественно для газификации криогенной жидкости, протекающей внутри трубок, причем трубки расположены одна за другой с шагом S и имеют наружный диаметр dн, кроме того, трубки установлены группами с шагом между группами S1, определяемым из соотношения 1,5≤S1/dн≤2,5.
2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что трубки в группах установлены с шагом S, определяемым из соотношения 1,5>S/dн≥1,1.
RU99122919/06A 1999-11-01 1999-11-01 Теплообменник RU2177593C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99122919/06A RU2177593C2 (ru) 1999-11-01 1999-11-01 Теплообменник

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99122919/06A RU2177593C2 (ru) 1999-11-01 1999-11-01 Теплообменник

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99122919A RU99122919A (ru) 2001-09-10
RU2177593C2 true RU2177593C2 (ru) 2001-12-27

Family

ID=20226429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99122919/06A RU2177593C2 (ru) 1999-11-01 1999-11-01 Теплообменник

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2177593C2 (ru)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7100359B2 (en) Gas turbine installation
US8708035B2 (en) Heat exchanger in a modular construction
US20110005193A1 (en) Method and apparatus for simplified thrust chamber configurations
JP2002534627A (ja) ガスタービンエンジン用のレキュペレータ
JP2001317371A (ja) タービンエンジンに冷却空気を供給する方法及び装置
EP0167807B1 (en) A supercharger system for use with heat engines
Nesterenko et al. Improvement of the design and methods of designing tubular air-to-air heat exchangers cooling systems of gas turbines
Lamfon et al. Modeling and simulation of combined gas turbine engine and heat pipe system for waste heat recovery and utilization
US6422020B1 (en) Cast heat exchanger system for gas turbine
RU2177593C2 (ru) Теплообменник
London et al. The liquid-coupled indirect-transfer regenerator for gas-turbine plants
JP2001073754A (ja) 排気ガスエネルギを回収する熱交換器
JPS58220945A (ja) エンジンにおける熱エネルギ−回収装置
CN109989832A (zh) 一种用于航空航天发动机的膨胀预冷循环系统
RU2204773C2 (ru) Теплообменник типа &#34;труба в трубе&#34;
RU2294502C1 (ru) Кожухотрубный теплообменник
US11879691B2 (en) Counter-flow heat exchanger
WO2010036421A1 (en) Improved heat exchanger tube and air-to-air intercooler
SU979663A1 (ru) Система воздушного охлаждени V-образного двигател внутреннего сгорани и наддувочного воздуха
RU2751689C1 (ru) Теплообменник для криогенных продуктов
CN212777461U (zh) 一种用于航空辅助动力装置的多功能回热系统
RU2739661C1 (ru) Теплообменник
RU2260748C2 (ru) Камера сгорания газотурбинного двигателя
SU1368608A1 (ru) Утилизационный теплообменник
WO2021148829A1 (ja) 車両の冷却装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20031102