RU2334188C1

RU2334188C1 - Heat exchange tube

Info

Publication number: RU2334188C1
Application number: RU2007101062/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Григорьевич Букин (RU); Владимир Григорьевич Букин; Андрей Юрьевич Кузьмин (RU); Андрей Юрьевич Кузьмин; Юрий Викторович Минеев (RU); Юрий Викторович Минеев
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-09-20

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: heat exchange tube has section made in the form of semi-cylinder in its lower part along the whole length of tube with roughness that is more than the roughness of the tube upper half, on internal surface. At that tape turbulence promoter in tightly inserted into the tube, which has slot gaps in the upper part and is fixed with nut.

EFFECT: reduction of heat exchange equipment dimensions with application of suggested tubes.

6 dwg

Description

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано, например, в кожухотрубных испарителях для интенсификации теплообмена.The invention relates to refrigeration and can be used, for example, in shell-and-tube evaporators to enhance heat transfer.

Известны теплообменные трубы со спиральными ребрами и винтовым наружным оребрением в виде ленты (а.с. 1513367 и а.с. 1334869, СССР).Heat transfer tubes with spiral fins and screw outer fins in the form of a tape are known (A.S. 1513367 and A.S. 1334869, USSR).

Известные теплообменные трубы с интенсификацией внутритрубного кипения сложны в изготовлении, металлоемки и создают значительное гидравлическое сопротивлением потоку рабочего вещества.Known heat transfer tubes with intensification of the tube boiling are difficult to manufacture, metal consuming and create significant hydraulic resistance to the flow of the working substance.

Известен трубопровод для транспортировки газожидкостной среды с малым расходным влагосодержанием, содержащий винтообразную направляющую канавку, выполненную на его внутренней поверхности в виде однозаходного винтообразного углубления (а.с. 1249210, СССР).A known pipeline for transporting a gas-liquid medium with low expendable moisture content, containing a helical guide groove made on its inner surface in the form of a single-helical groove (A.S. 1249210, USSR).

В известном трубопроводе винтообразное углубление снижает гидродинамическое сопротивление расслоенного потока из жидкости и газа путем снижения толщины жидкостной пленки на внутренней поверхности трубопровода, однако интенсификация теплообмена изобретением не предусмотрена.In a known pipeline, a helical depression reduces the hydrodynamic resistance of the stratified flow from liquid and gas by reducing the thickness of the liquid film on the inner surface of the pipeline, however, the invention does not provide for the intensification of heat transfer.

Известно устройство для получения заданного напора струи воздуха или газа, выполненное в виде глухого канала с боковыми отверстиями, который снабжен спиралью с рассчитанным шагом (а.с. 423948, СССР).A device for obtaining a given pressure of a stream of air or gas, made in the form of a blind channel with side openings, which is equipped with a spiral with a calculated step (AS 423948, USSR).

В известном устройстве также не предусмотрена интенсификация теплообмена.In the known device is also not provided for the intensification of heat transfer.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство для закручивания потока, содержащее размещенный на внутренней поверхности трубопровода спиралевидный участок с повышенным гидравлическим сопротивлением, выполненный в виде полосы с шероховатостью большей, чем шероховатость внутренней поверхности трубопровода (а.с. 1560844, СССР).The closest in technical essence to the claimed solution is a device for swirling a stream containing a spiral-shaped section with increased hydraulic resistance located on the inner surface of the pipeline, made in the form of a strip with a roughness greater than the roughness of the inner surface of the pipeline (A.S. 1560844, USSR).

Известное устройство для закручивания потока не предусматривает его теплообмен с другой средой.The known device for swirling a stream does not provide for its heat exchange with another medium.

Техническим результатом предложенного изобретения является интенсификация процесса теплоотдачи при кипении в трубах парожидкостного теплоносителя.The technical result of the proposed invention is the intensification of the heat transfer process when boiling in the pipes of the vapor-liquid coolant.

Можно отметить, что коэффициент теплоотдачи α от пара к стенке в десятки раз меньше, чем от жидкости к стенке, поэтому необходимо увеличить контакт жидкости со стенкой для увеличения общего теплообмена. Технический результат достигается тем, что теплообменная труба содержит размещенный на внутренней поверхности цилиндрический участок с повышенным гидравлическим сопротивлением и ленточный турбулизатор. Согласно изобретению участок выполнен в виде полуцилиндра в нижней части по всей длине трубы с шероховатостью большей, чем шероховатость верхней поверхности трубы. Ленточный турбулизатор плотно вставлен в трубу и зафиксирован пайкой, причем в верхней своей части имеет щелевидные зазоры, равные 0,1d (где d - внутренний диаметр трубы).It can be noted that the heat transfer coefficient α from steam to the wall is tens of times smaller than from liquid to the wall; therefore, it is necessary to increase the contact of the liquid with the wall to increase the total heat transfer. The technical result is achieved in that the heat exchange tube comprises a cylindrical section located on the inner surface with increased hydraulic resistance and a belt turbulator. According to the invention, the section is made in the form of a half cylinder in the lower part along the entire length of the pipe with a roughness greater than the roughness of the upper surface of the pipe. The tape turbulator is tightly inserted into the pipe and fixed by soldering, and in its upper part has slit-like gaps equal to 0.1d (where d is the inner diameter of the pipe).

На чертежах показана предлагаемая теплообменная труба, где на фиг.1 - продольный разрез; фиг.2 - вид сбоку; фиг.3 - распределение фаз теплоносителя без ленточного турбулизатора; фиг.4 - распределение фаз теплоносителя при наличии ленточного турбулизатора; фиг.5 - ленточный турбулизатор и фиг.6 - труба с ленточным турбулизатором в аксонометрии.The drawings show the proposed heat exchange pipe, where in Fig.1 is a longitudinal section; figure 2 is a side view; figure 3 - phase distribution of the coolant without a tape turbulator; figure 4 - phase distribution of the coolant in the presence of a tape turbulator; 5 is a tape turbulator and 6 is a pipe with a tape turbulator in a perspective view.

Теплообменная труба 1 имеет на внутренней поверхности участок 2, выполненный в виде полуцилиндра, в нижней ее части по всей длине трубы, с шероховатостью большей, чем шероховатость верхней половины трубы. Ленточный турбулизатор 3 плотно вставлен в трубу 1 и зафиксирован пайкой 4. Теплоноситель, например холодильный агент R407C, в трубе 1 разделяется на две фазы: верхняя 5 - паровая и нижняя 6 - жидкостная. Турбулизатор 3 в верхней своей части имеет щелевые зазоры 7 с размером а=0,1d мм.The heat exchange pipe 1 has a section 2 on the inner surface, made in the form of a half cylinder, in its lower part along the entire length of the pipe, with a roughness greater than the roughness of the upper half of the pipe. The tape turbulator 3 is tightly inserted into the pipe 1 and fixed by soldering 4. The heat carrier, for example, R407C refrigerant, in the pipe 1 is divided into two phases: the upper 5 - steam and the lower 6 - liquid. The turbulator 3 in its upper part has slotted gaps 7 with a size of a = 0.1d mm.

Участок 2 может быть выполнен, например, с искусственной шероховатостью, полученной спеканием микрочастиц, или в ином исполнении, что увеличивает число активных центров парообразования и ведет к интенсификации процесса кипения движущегося по трубе 1 двухфазного теплоносителя, например холодильных агентов. Ленточный турбулизатор 3 может быть изготовлен из ленты цветного металла (латунь, медь и т.д.) или из нержавеющей стали.Section 2 can be performed, for example, with artificial roughness obtained by sintering microparticles, or in a different design, which increases the number of active centers of vaporization and leads to an intensification of the boiling process of a two-phase coolant moving through the pipe 1, for example, refrigerants. Tape turbulator 3 can be made of non-ferrous metal tape (brass, copper, etc.) or stainless steel.

Теплообменная труба работает следующим образом.The heat transfer pipe operates as follows.

При входе в трубу 1 поток парожидкостной смеси закручивается турбулизатором 3 и тем самым принудительно заставляет жидкость подниматься по стенке трубы 1 вверх, смачивать ее поверхность и через щели 7 перетекать в соседний канал, образованный стенкой турбулизатора и трубы. При этом доля контакта жидкости со стенками трубы 1 достигает до 100%, что обеспечивает увеличение коэффициента теплоотдачи на 20÷60%. Турбулизация потока также способствует увеличению конвективной теплоотдачи. Поверхность шероховатого участка 2 способствует интенсификации процесса кипения теплоносителя за счет роста числа активных центров парообразования и тем самым увеличивает коэффициент теплоотдачи α на 30%.At the entrance to the pipe 1, the flow of the vapor-liquid mixture is twisted by the turbulator 3 and thereby forcibly forces the liquid to rise along the wall of the pipe 1, wet its surface and flow through the slits 7 into the adjacent channel formed by the wall of the turbulator and the pipe. In this case, the fraction of liquid contact with the walls of the pipe 1 reaches up to 100%, which ensures an increase in the heat transfer coefficient by 20–60%. Turbulent flow also contributes to an increase in convective heat transfer. The surface of rough region 2 contributes to the intensification of the process of boiling of the coolant due to the increase in the number of active centers of vaporization and thereby increases the heat transfer coefficient α by 30%.

Предлагаемая теплообменная труба проста в изготовлении. Ленточные турбулизаторы изготавливаются отдельно и легко монтируются в предлагаемую трубу. Замена в существующих кожухотрубных испарителях теплообменных труб с внутритрубной интенсификацией на предлагаемые трубы с кипением рабочего вещества снизит их общий вес и увеличит общую холодопроизводительность на 40% при тех же самых габаритах.The proposed heat transfer tube is easy to manufacture. Tape turbulators are manufactured separately and are easily mounted in the proposed pipe. Replacing heat exchanger tubes with in-tube intensification in existing shell-and-tube evaporators with the proposed tubes with boiling of the working substance will reduce their total weight and increase the overall cooling capacity by 40% with the same dimensions.

Claims

A heat exchange pipe containing a cylindrical section located on its inner surface with increased hydraulic resistance and a belt turbulator, characterized in that the section is made in the form of a half-cylinder in its lower part along the entire length of the pipe with a roughness greater than the roughness of the upper surface of the pipe, and the tape turbulator is tight inserted into the pipe and fixed by soldering, and in its upper part has a slot gap of 0.1d.