RU2178132C2 - Теплообменный элемент - Google Patents
Теплообменный элемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU2178132C2 RU2178132C2 RU99109162A RU99109162A RU2178132C2 RU 2178132 C2 RU2178132 C2 RU 2178132C2 RU 99109162 A RU99109162 A RU 99109162A RU 99109162 A RU99109162 A RU 99109162A RU 2178132 C2 RU2178132 C2 RU 2178132C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- smooth
- turbulators
- heat exchange
- channels
- exchange element
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Изобретение предназначено для применения в теплотехнике, а именно в качестве радиаторов, испарителей, конденсаторов, охладителей жидкости и газов. Теплообменный элемент содержит плоскую трубу с внутренними продольными каналами, образованными стенками и перегородками, имеющими продольные ребра, причем с внешней стороны стенок выполнены поперечные лепестковые ребра, а на внутренней стороне трубы на продольных ребрах образованы кольцевые или винтовые плавно очерченные канавки или турбулизаторы в виде полукруглой стружки с плавно отогнутым назад лепестком, глубина и шаг которых подбираются исходя из того, чтобы рост сопротивления трения не превышал роста теплоотдачи более чем в 1,5 раза. Изобретение позволяет обеспечить энергетическую эффективность интенсификации теплообмена в каналах за счет организации регулярной и оптимальной турбулизации пограничного слоя потока. 1 з. п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в промышленности и в быту в качестве радиаторов, испарителей, конденсаторов охладителей жидкости и газов.
Исследования [1] (Э. К. Калинин, Г. А. Дрейцер, С. А. Ярхо. Интенсификация теплообмена в каналах. - 2-е изд. , перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1981. - 205 с. ) показывают, что наиболее эффективным методом интенсификации теплоотдачи может быть периодическое расположение в каналах плавно очерченных турбулизаторов с высотой, примерно равной толщине пограничного слоя теплоносителя, и шагом, примерно равным эквиваленту размера канала. При этом критерием энергетической эффективности служит примерное равенство роста отношения коэффициентов сопротивления (ξ/ξгл) и роста отношения коэффициентов теплоотдачи (α/αгл) соответственно каналов с турбулизаторами и гладких каналов.
Изобретение направлено на решение задачи обеспечения энергетической эффективности интенсификации теплообмена в каналах за счет организации регулярной и оптимальной турбулизации пограничного слоя потока теплоносителя внутри канала.
Известен теплообменный элемент в виде плоской поперечно оребренной трубы с прямоугольными внутренними каналами, образованными стенками и перегородками, имеющими гладкие продольные ребра, на которых регулярно настроганы тонкие турбулизаторы, заостренные в вершине и расположенные под острым углом к поверхности (RU 2066036 С1, 27.08.1996).
Простота агрегатирования таких элементов для набора нужной площади теплообменной поверхности обеспечивает высокую технологичность изготовления теплообменных аппаратов в целом, а ребра - турбулизаторы повышают теплоотдачу, например, жидкого теплоносителя на внутренней стороне трубы.
Недостатком такой конструкции теплообменного элемента является возможность чрезмерного загромождения проходного сечения канала, когда увеличение коэффициента теплоотдачи сопровождается многократным нерациональным ростом коэффициента сопротивления, поскольку не оптимизированы высота, шаг и форма турбулизаторов.
Указанные недостатки решаются в теплообменном элементе, выполненном в виде плоской поперечно оребренной трубы с прямоугольными внутренними каналами, образованными стенками и перегородками, имеющими гладкие продольные ребра, на которых регулярно настроганы тонкие турбулизаторы, заостренные в вершине и расположенные под острым углом к поверхности, причем согласно изобретению на гладких продольных ребрах образованы кольцевые или винтовые плавно очерченные канавки, глубина (δ) и шаг (t) которых подбираются исходя из того, чтобы рост сопротивления трения не превышал роста теплоотдачи более чем в 1,5 раза, по формуле:
где ξгл;ξ - соответственно коэффициент сопротивления трения для гладких каналов и для каналов с плавно очерченными канавками;
Re; Pz - числа Рейнольдса и Прандтля при средних параметрах потока теплоносителя, скорости в минимальном проходном сечении гладкого канала и эквивалентном размере канала (dэ);
для Re≤2300
b>a - стороны прямоугольного канала;
для 4500>Re>2300
для Re≥4500
ξгл= (1,82lgRe-1,64)-2;
для Re≤2500
для Re>2500
По второму пункту изобретения турбулизаторы выполнены в виде полукруглой стружки с плавно отогнутыми назад лепестком, высота (h), шаг (t) которых и режим потока по числу Рейнольдса (Re) подбираются из соотношений:
В связи с тем, что на продольных ребрах перегородок и сторон образованы кольцевые или винтовые плавно очерченные канавки, глубина (δ) и шаг (t) которых исходя из того, чтобы по отношению к гладким каналам рост сопротивления трения не превышал роста теплоотдачи более чем в 1,5 раза, подбираются по корреляционным зависимостям, полученным авторами заявки путем обработки результатов экспериментов работы (Э. К. Калинин, Г. А. Дрейцер, С. А. Ярхо. Интенсификация теплообмена в каналах. - 2-е изд. перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1981, табл. 2.1). При этом связь между коэффициентами теплоотдачи (α) и сопротивления трения (ξ) для гладких каналов и каналов с турбулизаторами представлена в универсальной форме для чисел Рейнольдса от 500 до 106:
(4)
Пp - поправка на направление теплового потока у стенки:
при охлаждении k= 0,23 Re-0,25;
при нагревании k= 0,14;
ξ - коэффициент сопротивления трения каналов с турбулизаторами:
для Re≤2500
для Re>2500
- вспомогательная величина; (7)
- относительная глубина турбулизирующей канавки; (8)
- эквивалентный размер сечения канала; (9)
- показатель степени; (10)
- показатель степени; (11)
ξгл - коэффициент сопротивления трения гладких каналов:
для Re≤2300
для 4500>Re>2300
для Re≥4500
ξгл= (1,82lgRe-1,64)-2; (14)
b>a - стороны прямоугольного канала;
F - площадь поперечного сечения канала;
u - омываемый периметр поперечного сечения канала;
μст;μср - динамическая вязкость теплоносителя при температуре стенки и при средней температуре потока;
Re; Pz - число Рейнольдса и число Прандтля при средних параметрах потока теплоносителя, при скорости в минимальном проходном сечении гладкого канала и эквивалентном размере канала (d)э.
где ξгл;ξ - соответственно коэффициент сопротивления трения для гладких каналов и для каналов с плавно очерченными канавками;
Re; Pz - числа Рейнольдса и Прандтля при средних параметрах потока теплоносителя, скорости в минимальном проходном сечении гладкого канала и эквивалентном размере канала (dэ);
для Re≤2300
b>a - стороны прямоугольного канала;
для 4500>Re>2300
для Re≥4500
ξгл= (1,82lgRe-1,64)-2;
для Re≤2500
для Re>2500
По второму пункту изобретения турбулизаторы выполнены в виде полукруглой стружки с плавно отогнутыми назад лепестком, высота (h), шаг (t) которых и режим потока по числу Рейнольдса (Re) подбираются из соотношений:
В связи с тем, что на продольных ребрах перегородок и сторон образованы кольцевые или винтовые плавно очерченные канавки, глубина (δ) и шаг (t) которых исходя из того, чтобы по отношению к гладким каналам рост сопротивления трения не превышал роста теплоотдачи более чем в 1,5 раза, подбираются по корреляционным зависимостям, полученным авторами заявки путем обработки результатов экспериментов работы (Э. К. Калинин, Г. А. Дрейцер, С. А. Ярхо. Интенсификация теплообмена в каналах. - 2-е изд. перераб. и доп. - М. : Машиностроение, 1981, табл. 2.1). При этом связь между коэффициентами теплоотдачи (α) и сопротивления трения (ξ) для гладких каналов и каналов с турбулизаторами представлена в универсальной форме для чисел Рейнольдса от 500 до 106:
Пp - поправка на направление теплового потока у стенки:
при охлаждении k= 0,23 Re-0,25;
при нагревании k= 0,14;
ξ - коэффициент сопротивления трения каналов с турбулизаторами:
для Re≤2500
для Re>2500
- вспомогательная величина; (7)
- относительная глубина турбулизирующей канавки; (8)
- эквивалентный размер сечения канала; (9)
- показатель степени; (10)
- показатель степени; (11)
ξгл - коэффициент сопротивления трения гладких каналов:
для Re≤2300
для 4500>Re>2300
для Re≥4500
ξгл= (1,82lgRe-1,64)-2; (14)
b>a - стороны прямоугольного канала;
F - площадь поперечного сечения канала;
u - омываемый периметр поперечного сечения канала;
μст;μср - динамическая вязкость теплоносителя при температуре стенки и при средней температуре потока;
Re; Pz - число Рейнольдса и число Прандтля при средних параметрах потока теплоносителя, при скорости в минимальном проходном сечении гладкого канала и эквивалентном размере канала (d)э.
В основу структуры модифицированной корреляционной зависимости (1) положено уравнение теплоотдачи, полученное для гладких каналов в работе [2] (Петухов Б. С. , Курчатов В. А. , Гладунцов А. И. Теплообмен в трубах при турбулентном течении газов с переменными свойствами. Сб. "Тепло- и массоперенос". - Минск, ИТМО АН СССР, 1972, т. 1, ч. 11, с. 117-127).
Поделив отношение коэффициентов сопротивления трения канала с турбулизаторами и гладкого канала (ξ/ξгл) на отношение коэффициентов теплоотдачи канала с турбулизаторами и гладкого канала (α/αгл) по зависимости (1), получим выражение, определяющее энергетическую эффективность интенсификации теплообмена при значениях меньше 1,5:
Численные решения неравенства (1,5) работы [1] позволяют утверждать, что энергетически выгодное уменьшение размеров теплообменных аппаратов можно достичь и при значениях
ξ/ξгл>α/αгл до 1,5 раз.
Численные решения неравенства (1,5) работы [1] позволяют утверждать, что энергетически выгодное уменьшение размеров теплообменных аппаратов можно достичь и при значениях
ξ/ξгл>α/αгл до 1,5 раз.
В варианте решения задачи по п. 2 формулы изобретения турбулизаторы выполнены в виде полукруглой стружки с плавно отогнутым назад лепестком, высота (h) и шаг (t) которых и режим потока по числу Рейнольдса (Re) подбираются из соотношений:
Соотношения (16)-(18) получены авторами изобретения на основе анализа рекомендации работы [1] , испытаний натурных образцов теплообменных аппаратов при ограничении режима потока по числу Рейнольдса в диапазоне значений много больше, чем вначале возникновения турбулентных пульсаций и несколько меньших, или равных значениям, определяющим начало развитого турбулентного движения в каналах с турбулизаторами.
Соотношения (16)-(18) получены авторами изобретения на основе анализа рекомендации работы [1] , испытаний натурных образцов теплообменных аппаратов при ограничении режима потока по числу Рейнольдса в диапазоне значений много больше, чем вначале возникновения турбулентных пульсаций и несколько меньших, или равных значениям, определяющим начало развитого турбулентного движения в каналах с турбулизаторами.
На фиг. 1 представлен теплообменный элемент, общий вид;
на фиг. 2 - теплообменный элемент в варианте с плавно очерченными канавками, продольный разрез;
на фиг. 3 - теплообменный элемент в варианте с турбулизаторами в виде полукруглой стружки с плавно отогнутым назад лепестком, продольный разрез;
на фиг. 4 - сечение А-А по фиг. 2;
на фиг. 5 - сечение А-А по фиг. 3.
на фиг. 2 - теплообменный элемент в варианте с плавно очерченными канавками, продольный разрез;
на фиг. 3 - теплообменный элемент в варианте с турбулизаторами в виде полукруглой стружки с плавно отогнутым назад лепестком, продольный разрез;
на фиг. 4 - сечение А-А по фиг. 2;
на фиг. 5 - сечение А-А по фиг. 3.
Теплообменный элемент (фиг. 1) выполнен в виде плоской поперечно оребренной трубы 1 с прямоугольными внутренними каналами 2, образованными стенками 3 и перегородками 4, имеющими гладкие продольные ребра 5.
На продольных ребрах 5 (фиг. 2) по п. 1 формулы изобретения образованы кольцевые или винтовые плавно очерченные канавки 7, глубина (δ) и шаг (t) которых подбираются исходя из того, чтобы рост сопротивления трения (ξ/ξгл) не превышал роста теплоотдачи (α/αгл) более чем в 1,5 раза.
По п. 2 формулу изобретения на продольных ребрах 5 (фиг. 3) образованы турбулизаторы 8 в виде полукруглой стружки с плавно отогнутым назад лепестком, высота (h) и шаг (t) которых и режим потока по числу Рейнольдса подбираются из оптимальных соотношений.
На фиг. 4 и фиг. 5 показаны внешние поперечные лепестковые ребра 6, выполненные на внешней поверхности стенок 3.
Теплообменный элемент 1 работает следующим образом.
Теплообменная среда, например атмосферный воздух, подаваемый вентилятором или движущийся за счет естественной конвекции между поперечными лепестковыми ребрами 6, воспринимает переданное через стенки 3 тепло от движущегося по продольным внутренним каналам 2 теплоносителя, например жидкости, обычно в виде масел или нефтепродуктов.
При движении теплоносителя по внутренним каналам 2 вдоль гладких продольных ребер 5 в области канавок 7 или турбулизаторов 8 проходят срывы только пристенного или тонкого слоя потока благодаря оптимально подобранным для принятого режима течения теплоносителя глубине, шагу и плавной форме канавок или высоте, шагу и полукруглой форме турбулизаторов. При этом возникают мелкие вихревые структуры потока, которые затем выбрасываются за вязкий и буферный слой потока, обеспечивая повышение коэффициента теплоотдачи при умеренном росте коэффициента сопротивления трения, т. е. обеспечивая энергетическую эффективность турбулизации пограничного слоя потока теплоносителя.
Образование на продольных ребрах кольцевых или винтовых канавок осуществляется либо накаткой, либо фрезерованием бор-штангой, а турбулизаторы в виде полукруглой стружки с плавно отогнутым назад лепестком выполняются строгальным инструментом с крутым отгибающим профилем.
Claims (1)
1. Теплообменный элемент в виде плоской поперечно оребренной трубы с прямоугольными внутренними каналами, образованными стенками и перегородками, имеющими гладкие продольные ребра, на которых регулярно настроганы тонкие турбулизаторы, заостренные в вершине и расположенные под острым углом к поверхности, отличающийся тем, что, на гладких продольных ребрах образованы кольцевые или винтовые плавно очерченные канавки, глубина δ и шаг t которых подбираются, исходя из того, чтобы рост сопротивления трения не превышал роста теплоотдачи более чем в 1,5 раза, по формуле
где ξгл и ξ - соответственно коэффициент сопротивления трения для гладких каналов и для каналов с плавно очерченными канавками;
Re и Pz - числа Рейнольдса и Прандтля при средних параметрах потока теплоносителя, скорости в минимальном проходном сечении гладкого канала и эквивалентном размере канала dэ;
для Re ≤ 2300
b > a - стороны прямоугольного канала;
для 4500 > Re > 2300
для Re ≥ 4500
ξгл= (1,82lgRe-1,64)-2;
для Re ≤ 2500
для Re > 2500
2. Теплообменный элемент по п. 1, отличающийся тем, что турбулизаторы выполнены в виде полукруглой стружки с плавно отогнутым назад лепестком, высота h, шаг t которых и режим потока по числу Рейнольдса (Re) подбираются из соотношений
где ξгл и ξ - соответственно коэффициент сопротивления трения для гладких каналов и для каналов с плавно очерченными канавками;
Re и Pz - числа Рейнольдса и Прандтля при средних параметрах потока теплоносителя, скорости в минимальном проходном сечении гладкого канала и эквивалентном размере канала dэ;
для Re ≤ 2300
b > a - стороны прямоугольного канала;
для 4500 > Re > 2300
для Re ≥ 4500
ξгл= (1,82lgRe-1,64)-2;
для Re ≤ 2500
для Re > 2500
2. Теплообменный элемент по п. 1, отличающийся тем, что турбулизаторы выполнены в виде полукруглой стружки с плавно отогнутым назад лепестком, высота h, шаг t которых и режим потока по числу Рейнольдса (Re) подбираются из соотношений
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99109162A RU2178132C2 (ru) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | Теплообменный элемент |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99109162A RU2178132C2 (ru) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | Теплообменный элемент |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2178132C2 true RU2178132C2 (ru) | 2002-01-10 |
Family
ID=20219290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99109162A RU2178132C2 (ru) | 1999-04-26 | 1999-04-26 | Теплообменный элемент |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2178132C2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2700660C1 (ru) * | 2018-12-04 | 2019-09-18 | Антон Андреевич Румянцев | Комбинированная система охлаждения |
| RU2760467C1 (ru) * | 2018-05-02 | 2021-11-25 | Гри Электрик Эпплайенсиз, Инк. оф Чжухай | Теплообменная трубка, теплообменник и тепловая насосная установка |
-
1999
- 1999-04-26 RU RU99109162A patent/RU2178132C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2760467C1 (ru) * | 2018-05-02 | 2021-11-25 | Гри Электрик Эпплайенсиз, Инк. оф Чжухай | Теплообменная трубка, теплообменник и тепловая насосная установка |
| RU2700660C1 (ru) * | 2018-12-04 | 2019-09-18 | Антон Андреевич Румянцев | Комбинированная система охлаждения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4715436A (en) | Construction of a heat transfer wall of a heat transfer pipe | |
| Bergles | The implications and challenges of enhanced heat transfer for the chemical process industries | |
| JP5388043B2 (ja) | 熱交換器 | |
| US3217799A (en) | Steam condenser of the water tube type | |
| EP2354743A2 (en) | Double-pipe heat exchanger | |
| EA006026B1 (ru) | Теплообменник | |
| JP2008232592A (ja) | 熱交換器 | |
| US4086959A (en) | Automotive oil cooler | |
| CN102128552A (zh) | 单面波浪板式脉动热管 | |
| JPS61289293A (ja) | 伝熱管及びその製造方法 | |
| JPS6334393B2 (ru) | ||
| GB2220259A (en) | Heat exchanger | |
| Paitoonsurikarn et al. | Optimal design of micro bare-tube heat exchanger | |
| RU2178132C2 (ru) | Теплообменный элемент | |
| US20080078534A1 (en) | Heat exchanger tube with enhanced heat transfer co-efficient and related method | |
| EP0882939A1 (en) | Heating tube for absorber and method of manufacturing same | |
| JP2011075122A (ja) | アルミニウム製内面溝付伝熱管 | |
| US20160252311A1 (en) | Wavy Fin Structure and Flat Tube Heat Exchanger Having the Same | |
| RU2332818C1 (ru) | Охлаждающее устройство для элементов электроники | |
| Al-Dadah et al. | Passive enhancement of condensation heat transfer | |
| CN216144220U (zh) | 一种多用途平行超导散热片、换热装置及散热器 | |
| Kale et al. | Performance evaluation of plate fin and tube heat exchanger with wavy fins a review | |
| Shah et al. | Relative assessment of various annular fin shapes for heat transfer and pressure penalty | |
| Honda et al. | Augmentation techniques in external condensation | |
| Bergles | Advanced enhancement for heat exchangers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090427 |