RU2355969C2 - Heat exchanger - Google Patents

Heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
RU2355969C2
RU2355969C2 RU2006128069/06A RU2006128069A RU2355969C2 RU 2355969 C2 RU2355969 C2 RU 2355969C2 RU 2006128069/06 A RU2006128069/06 A RU 2006128069/06A RU 2006128069 A RU2006128069 A RU 2006128069A RU 2355969 C2 RU2355969 C2 RU 2355969C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cavities
cooled
elements
truncated cones
partitions
Prior art date
Application number
RU2006128069/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006128069A (en
Inventor
Лев Ильич Высоцкий (RU)
Лев Ильич Высоцкий
Илья Сергеевич Высоцкий (RU)
Илья Сергеевич Высоцкий
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ)
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ)
Priority to RU2006128069/06A priority Critical patent/RU2355969C2/en
Publication of RU2006128069A publication Critical patent/RU2006128069A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2355969C2 publication Critical patent/RU2355969C2/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: heating.
SUBSTANCE: invention relates to the devices aimed at increasing convective heat exchange intensity and can be used in heating engineering. The aim of the invention consists in increasing heat exchange between the cooling medium and the medium being cooled, increasing cost effectiveness and reliability of the heat exchangers performance. The above aim is achieved in a heat exchanger having cavities for the passage of the cooling and cooled liquids which are formed by baffles fitted with the elements making the liquids flow turbulised; the elements are made as alternating valleys and tops in the form of truncated cones set in lines or chequerwise and opposite to each other on the adjacent baffles complying with their total coaxiality; the elements making the liquids flow turbulised are fitted with projections which are hollow or solid, set inside the truncated cones on their smaller base and the height of the projections is greater than that of the cones by the specified value. According to the second version of the invention the elements making the flow turbulised are fitted with tubes which are set along the axis of the truncated cones, pierced through the baffles and used as cavities for the passage of the liquid being cooled; and the cavities for the passage of the cooling liquid are formed by the adjacent baffles.
EFFECT: increasing heat exchange between the cooling medium and the medium being cooled, increasing cost effectiveness and reliability of the heat exchangers performance.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для увеличения интенсивности конвективного теплообмена, и может быть использовано в теплоэнергетической, коммунальной, транспортной и других отраслях народного хозяйства.The invention relates to devices designed to increase the intensity of convective heat transfer, and can be used in thermal power, utilities, transport and other sectors of the economy.

В перечисленных отраслях народного хозяйства большое значение имеет применение устройств, использующих конвективный теплообмен для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, для предотвращения теплового загрязнения окружающей среды. Основным показателем работы данных устройств является интенсификация теплопередачи.In these sectors of the national economy, the use of devices using convective heat transfer for heating and cooling liquids and gases, to prevent thermal pollution of the environment, is of great importance. The main indicator of the operation of these devices is the intensification of heat transfer.

В известных устройствах, выполненных в виде трубчатых теплообменников, радиаторов для повышения интенсификации теплопередачи параллельные трубочки располагаются наиболее рационально - коридорно или шахматно [1, с.173-177].In known devices made in the form of tubular heat exchangers, radiators, to increase the heat transfer intensification, parallel tubes are located most rationally - corridor or staggered [1, p.173-177].

К некоторому повышению интенсификации теплопередачи приводит применение в устройствах трубочек элементов, турбулизирующих потоки как охлаждаемых, так и охлаждающих жидкостей и газов. В одном из таких устройств [1, с.135 и с.285] в качестве полостей для пропуска охлаждаемой и охлаждающей жидкости использованы трубочки, выполненные с элементами, турбулизирующими потоки, в виде выступов искусственной шероховатости треугольной или прямоугольной формы, расположенных с внутренней стороны трубочек (см. фиг.1).The use of elements in tubing devices that turbulent the flows of both cooled and cooling liquids and gases leads to a certain increase in heat transfer intensification. In one of these devices [1, p.135 and p.285], tubes made of elements turbulent in the form of protrusions of artificial roughness of a triangular or rectangular shape located on the inside of the tubes are used as cavities for passing cooled and cooling liquid (see figure 1).

Недостатком этого устройства является сравнительно малая эффективность по турбулизации потоков за счет отрывного обтекания жидкостью выступов на внутренней стороне трубочек.The disadvantage of this device is the relatively low efficiency for turbulent flows due to the tear-off liquid flow around the protrusions on the inner side of the tubes.

В качестве прототипа может быть представлен пластинчатый воздухоподогреватель по а.с. №1575062, содержащий в качестве турбулизаторов выемки и выступы продолговатой формы в чередующемся порядке. На перегородках, кроме них имеются опорные выступы для образования между листами нужного зазора и не являющихся турбулизаторами. Этот тип турбулизаторов обладает тем недостатком, что при обтекании выступов вихри образуются лишь в кормовой их части и не обладают высокой эффективностью.As a prototype, a plate air heater according to A.S. No. 1575062, containing as turbulators, recesses and oblong protrusions in an alternating manner. On the partitions, in addition to them, there are supporting protrusions for the formation between the sheets of the desired gap and which are not turbulators. This type of turbulizer has the disadvantage that when flowing around the protrusions, vortices are formed only in the stern part and do not have high efficiency.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности функционирования теплообменника за счет повышения интенсивности конвективного теплообмена, что достигается увеличением степени турбулизации потоков как охлаждаемых, так и охлаждающих жидкостей и газов.The objective of the invention is to increase the efficiency and reliability of the operation of the heat exchanger by increasing the intensity of convective heat transfer, which is achieved by increasing the degree of turbulization of the flows of both cooled and cooling liquids and gases.

Для достижения этого технического результата в теплообменнике, включающем полости для пропуска охлаждаемой и охлаждающей жидкостей, применены перегородки для образования полостей для пропуска жидкости, выполненные с элементами, турбулизирующими поток, в виде чередующихся впадин и возвышений в форме усеченных конусов, расположенных коридорно или шахматно на перегородках, установленных с расположением усеченных конусов на соседних из них противоположно друг другу и с соблюдением их общей соосности, кроме этого элементы, турбулизирующие поток жидкости, снабжены выступами, выполненными полыми или сплошными, которые установлены внутри усеченных конусов на их малых основаниях, причем высота выступов больше высоты конуса на величину, определяемую в соответствии с выражением h=(0,1÷0,3)·r, где r - радиус малого основания, при этом соседние перегородки образуют полости с чередованием то для пропуска охлаждаемой жидкости, то для пропуска охлаждающей жидкости.To achieve this technical result, in the heat exchanger, including the cavity for the passage of the cooled and cooling liquids, partitions are used for the formation of the cavity for the passage of the liquid, made with elements turbulent flow, in the form of alternating hollows and elevations in the form of truncated cones located corridor or staggered on the partitions installed with the location of truncated cones on adjacent ones opposite to each other and in compliance with their general alignment, in addition, the elements are turbulizing the liquid flow is provided with protrusions made hollow or solid, which are installed inside the truncated cones on their small bases, and the height of the protrusions is greater than the height of the cone by an amount determined in accordance with the expression h = (0,1 ÷ 0,3) · r, where r is the radius of the small base, while the adjacent partitions form cavities with alternation to pass the cooled fluid, then to pass the coolant.

По второму варианту в теплообменнике, включающем полости для пропуска охлаждаемой и охлаждающей жидкостей, образованные перегородками, выполненными с элементами, турбулизирующими поток жидкостей в виде чередующихся впадин и возвышений в форме усеченных конусов, расположенных коридорно или шахматно, и противоположно друг другу на соседних перегородках с соблюдением их общей соосности, элементы, турбулизирующие поток, снабжены трубочками, установленными по оси усеченных конусов и проходящими насквозь через перегородки, причем трубочки использованы как полости для пропуска охлаждаемой жидкости, а полости для пропуска охлаждающей жидкости образованы каждыми соседними перегородками.According to the second option, in the heat exchanger, which includes cavities for passing cooled and cooling liquids, formed by partitions made with elements that turbulent the fluid flow in the form of alternating depressions and elevations in the form of truncated cones located corridor or staggered, and opposite to each other on adjacent partitions, observing their general alignment, the elements that turbulent the flow are equipped with tubes installed along the axis of the truncated cones and passing through the partitions, and the tube and used as cavities for passing coolant, and cavities for passing coolant are formed by each adjacent partition.

Использование теплообменника с предлагаемой конструкцией элементов, турбулизирующих поток, позволяет целенаправленно индуцировать в потоке жидкости множество квазиупорядоченных вихрей, в том числе и подковообразных, обладающих повышенной интенсивностью, что приводит к повышению интенсивности теплообмена между соседними чередующимися полостями, через которые пропускается охлаждаемая и охлаждающая жидкости (газы). Снабжение элементов турбулизации потока полыми и сплошными выступами или трубочками, проходящими насквозь через перегородки, повышает интенсификацию теплообмена, что достигается за счет контакта множества подковообразных вихрей с каждым выступом и с каждой трубочкой по всей ее длине.The use of a heat exchanger with the proposed design of elements that turbulent the flow makes it possible to purposefully induce a lot of quasi-ordered vortices in the fluid flow, including horseshoe-shaped ones with increased intensity, which leads to an increase in the heat exchange intensity between adjacent alternating cavities through which cooled and cooling liquids (gases) pass ) The supply of flow turbulization elements with hollow and solid protrusions or tubes passing through the partitions increases the heat transfer intensification, which is achieved due to the contact of many horseshoe-shaped vortices with each protrusion and with each tube along its entire length.

Авторам неизвестно использование в других технических решениях предложенной совокупности отличительных признаков для повышения экономичности, надежности, эффективности теплообменных устройств. Следовательно, можно сделать вывод: предложенная конструкция теплообменника нова и соответствует критерию «изобретательский уровень».The authors are not aware of the use in other technical solutions of the proposed combination of distinctive features to increase the efficiency, reliability, efficiency of heat exchangers. Therefore, we can conclude: the proposed design of the heat exchanger is new and meets the criterion of "inventive step".

Изобретение промышленно применимо и может быть использовано при массовом производстве теплообменных аппаратов.The invention is industrially applicable and can be used in the mass production of heat exchangers.

Предложенное изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.2-5.The proposed invention is illustrated by the drawings presented in figure 2-5.

На фиг.2 представлен продольный разрез теплообменника, в котором полости для пропуска воды образованы перегородками.Figure 2 presents a longitudinal section of a heat exchanger, in which the cavity for the passage of water is formed by partitions.

На фиг.3 - вид по А-А.Figure 3 is a view along aa.

На фиг.4 представлен продольный разрез перегородок теплообменника со схемой контакта подковообразных вихрей с внутренней поверхностью полостей для пропуска жидкости, снабженных дополнительными элементами, турбулизирующими поток в виде выступов.Figure 4 presents a longitudinal section of the walls of the heat exchanger with the contact diagram of the horseshoe-shaped vortices with the inner surface of the cavities for the passage of fluid, equipped with additional elements, turbulent flow in the form of protrusions.

На фиг.5 представлен продольный разрез теплообменника, где полости для пропуска охлаждаемой воды и дополнительные элементы, турбулизирующие поток, выполнены в виде трубочек.Figure 5 presents a longitudinal section of a heat exchanger, where the cavity for the passage of cooled water and additional elements, turbulent flow, made in the form of tubes.

В предлагаемом теплообменнике полости для пропуска охлаждаемой и охлаждающей жидкостей образованы перегородками 1 (см. фиг.2), выполненными с чередующимися впадинами 2 и возвышениями 3 в форме усеченных конусов с образующей 4 и малым основанием 5. Усеченные конусы выполняют роль элементов, турбулизирующих поток жидкости (см. фиг.3). Дополнительные элементы, турбулизирующие поток, выполнены в виде выступов 6 полых или сплошных. Выступы 6 установлены внутри усеченных конусов на малых основаниях 5. Высоту выступов 6 h определяют в соответствии с выражением h=(0,1÷0,3)·r, где r - радиус малого основания 5 усеченного конуса. Перегородки 1 (см. фиг.3) в теплообменнике установлены с расположением усеченных конусов на соседних перегородках противоположно друг другу с соблюдением их общей соосности по общей оси 7, при этом соседние перегородки 1 образуют полости с чередованием то для пропуска охлаждаемой жидкости, то для пропуска охлаждающей жидкости, причем потоки жидкостей в соседних полостях направлены встречно друг другу.In the proposed heat exchanger, the cavities for passing the cooled and cooling liquids are formed by partitions 1 (see FIG. 2) made with alternating depressions 2 and elevations 3 in the form of truncated cones with a generatrix 4 and a small base 5. The truncated cones serve as elements turbulent fluid flow (see figure 3). Additional elements, turbulent flow, made in the form of protrusions 6 hollow or solid. The protrusions 6 are installed inside the truncated cones on small bases 5. The height of the protrusions 6 h is determined in accordance with the expression h = (0.1 ÷ 0.3) · r, where r is the radius of the small base 5 of the truncated cone. Partitions 1 (see Fig. 3) in the heat exchanger are installed with the arrangement of truncated cones on adjacent partitions opposite to each other in compliance with their general alignment along the common axis 7, while adjacent partitions 1 form cavities with alternation for passing the cooled liquid, then for passing coolant, and fluid flows in adjacent cavities are directed counter to each other.

Возможно выполнение дополнительных элементов, турбулизирующих поток, в виде трубочек 8 (см. фиг.5), установленных по оси 7 усеченных конусов и проходящих насквозь через перегородки 1. Трубочки 8 установлены в трубочной доске 9. Охлаждаемая жидкость подается по трубочкам 8, внешняя поверхность которых выполняет роль дополнительных элементов, турбулизирующих поток жидкости. Полости для пропуска охлаждающей жидкости образованы каждыми соседними перегородками 1.It is possible to perform additional elements that turbulent the flow in the form of tubes 8 (see Fig. 5) installed along the axis 7 of truncated cones and passing through the walls 1. The tubes 8 are installed in the tube board 9. The cooled liquid is supplied through tubes 8, the outer surface which plays the role of additional elements that turbulize the fluid flow. Cavity passages are formed by each adjacent partition 1.

Работа предлагаемого теплообменника.The work of the proposed heat exchanger.

Устройство работает следующим образом. Поток жидкости при движении между двумя перегородками 1 и обтекании элементов, турбулизирующих поток жидкости, образует в основании каждого из них устойчивый вихрь подковообразной формы, охватывающий элемент, турбулизирующий поток жидкости и обладающий высокой интенсивностью. Последнее приводит к усиленному отбору тепла как от перегородки 1, так и от впадин 2 и возвышений в форме усеченного конуса 3. В подковообразном вихре происходит непрерывное обновление жидкости, что усиливает развитие конвекционных течений. При снабжении элементов, турбулизирующих поток жидкости, полыми или сплошными выступами внутри них также развиваются вихри, которые дополнительно усиливают интенсивность теплообмена. В случае сплошных выступов часть теплообмена осуществляется сложным теплообменом.The device operates as follows. The fluid flow during movement between the two partitions 1 and the flow around the elements turbulizing the fluid flow forms a stable horseshoe-shaped vortex at the base of each of them, covering the element, turbulating the fluid flow and having a high intensity. The latter leads to enhanced heat removal both from the partition 1 and from the depressions 2 and the elevations in the form of a truncated cone 3. In the horseshoe-shaped vortex, a continuous renewal of fluid occurs, which enhances the development of convection currents. When the elements turbulizing the fluid flow are supplied with hollow or solid protrusions, vortices also develop inside them, which additionally enhance the heat transfer intensity. In the case of continuous protrusions, part of the heat transfer is carried out by complex heat transfer.

Второй вариант предлагаемого устройства представлен на фиг.5, где показаны трубочки 8, по которым подается охлаждаемая жидкость, объединенные трубочной доской 9. В этом случае по каналам 10 подается охлаждающая жидкость. В углублениях образуются подковообразные вихри, во множестве охватывающие каждую из трубочек по длине, что приводит к резкому увеличению теплообменных процессов.The second variant of the proposed device is presented in figure 5, which shows the tubes 8, through which the cooled liquid is supplied, united by the tube board 9. In this case, the cooling liquid is supplied through the channels 10. Horseshoe vortices are formed in the recesses, in a set covering each of the tubes in length, which leads to a sharp increase in heat transfer processes.

Технико-экономический эффект от использования теплообменникаTechnical and economic effect of using a heat exchanger

Ожидаемое повышение эффективности охлаждения жидкостей приведет не только к интенсификации процесса охлаждения, но и к уменьшению металлоемкости у теплообменников, что при массовом их применении приведет к существенному экономическому эффекту.The expected increase in the efficiency of cooling liquids will lead not only to an intensification of the cooling process, but also to a decrease in the metal consumption of heat exchangers, which, when applied massively, will lead to a significant economic effect.

Источники информацииInformation sources

1. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник. М.: Энергоиздат. 1982 / Под ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина. С.135, 173-177, 285.1. Heat and mass transfer. Thermotechnical experiment. Directory. M .: Energoizdat. 1982 / Ed. V.A. Grigoriev and V. M. Zorin. S.135, 173-177, 285.

Claims (2)

1. Теплообменник, включающий полости для охлаждаемой и охлаждающей жидкостей, образованные перегородками, выполненными с элементами, турбулизирующими поток жидкостей в виде чередующихся впадин и возвышений в форме усеченных конусов, расположенных коридорно или шахматно и противоположно друг другу на соседних перегородках с соблюдением их общей соосности, отличающийся тем, что элементы, турбулизирующие поток, снабжены выступами, выполненными полыми или сплошными, установленными внутри усеченных конусов на их малых основаниях, причем высота выступов больше высоты конусов на величину, определяемую в соответствии с выражением h=(0,1÷0,3)·r, где r - радиус малого основания, при этом соседние перегородки образуют полости с чередованием то для пропуска охлаждаемой жидкости, то для пропуска охлаждающей жидкости.1. A heat exchanger, including cavities for cooled and cooling liquids, formed by partitions made with elements that turbulent the fluid flow in the form of alternating cavities and elevations in the form of truncated cones located corridor or staggered and opposite to each other on adjacent partitions in compliance with their general alignment, characterized in that the elements that turbulent the flow are provided with protrusions made hollow or solid, mounted inside truncated cones on their small bases, and the height of the protrusions is greater than the height of the cones by an amount determined in accordance with the expression h = (0.1 ÷ 0.3) · r, where r is the radius of the small base, while the adjacent partitions form cavities with alternation for passing the cooled liquid, then for pass coolant. 2. Теплообменник, включающий полости для пропуска охлаждаемой и охлаждающей жидкостей, образованные перегородками, выполненными с элементами, турбулизирующими поток жидкостей в виде чередующихся впадин и возвышений в форме усеченных конусов, расположенных коридорно или шахматно и противоположно друг другу на соседних перегородках с соблюдением их общей соосности, отличающийся тем, что элементы, турбулизирующие поток, снабжены трубочками, установленными по оси усеченных конусов и проходящими насквозь через перегородки, причем трубочки использованы как полости для пропуска охлаждаемой жидкости, а полости для пропуска охлаждающей жидкости образованы каждыми соседними перегородками. 2. A heat exchanger, including cavities for passing cooled and cooling liquids, formed by partitions made with elements turbulating the fluid flow in the form of alternating cavities and elevations in the form of truncated cones located corridor or staggered and opposite to each other on adjacent partitions in compliance with their general alignment characterized in that the elements turbulizing the flow are provided with tubes installed along the axis of the truncated cones and passing through the partitions, the tube and used as cavities for passing coolant, and cavities for passing coolant are formed by each adjacent partition.
RU2006128069/06A 2006-08-01 2006-08-01 Heat exchanger RU2355969C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006128069/06A RU2355969C2 (en) 2006-08-01 2006-08-01 Heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006128069/06A RU2355969C2 (en) 2006-08-01 2006-08-01 Heat exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006128069A RU2006128069A (en) 2008-02-10
RU2355969C2 true RU2355969C2 (en) 2009-05-20

Family

ID=39265900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006128069/06A RU2355969C2 (en) 2006-08-01 2006-08-01 Heat exchanger

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2355969C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2508516C1 (en) * 2012-12-06 2014-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") Heat exchange tube

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2508516C1 (en) * 2012-12-06 2014-02-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") Heat exchange tube

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006128069A (en) 2008-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101641562B (en) Heat exchanger
RU2472087C2 (en) Heat exchanger designed in particular for heat generators
JP2007078194A (en) Heat transfer tube for heat exchanger
SU960522A2 (en) Tube-and-plate type heat exchanger
TWI672471B (en) Heat exchanger
RU2355969C2 (en) Heat exchanger
CN104949551B (en) Heat exchanger
CN108548437A (en) Based on bionical fishbone type small staggeredly alveolar heat exchanger core body and heat exchanger
RU2742852C1 (en) Cooling tower sprinkler unit
CN108548435A (en) Based on bionical linear ribs row's type small staggeredly alveolar heat exchanger core body and heat exchanger
KR100680556B1 (en) Heat exchanging apparatus
US20190145716A1 (en) Fin for a finned pack for heat exchangers as well as a heat exchanger
RU2758119C1 (en) Plate-tube heat exchanger
RU2563946C1 (en) Heat exchanger
CN209131441U (en) It is a kind of based on bionical fishbone type it is small staggeredly alveolar heat exchanger core body and heat exchanger
RU2502930C2 (en) Double-pipe stream heat exchanger
RU120205U1 (en) IRRIGATED HEAT EXCHANGER
RU2047081C1 (en) Heat-exchanging apparatus
RU106738U1 (en) HOUSEHOLD EXCHANGER
KR101194570B1 (en) Turbulent pipe and heat exchanger having the same
CN104180691A (en) Tubular heat exchanger with regular gap twisted strips and ball protrusions
RU167922U1 (en) PLATE HEAT EXCHANGER
JP3622297B2 (en) Heat exchanger
RU149737U1 (en) SHELL-TUBE HEAT EXCHANGE UNIT
CN108562180A (en) A kind of board-like flue air heat exchanger

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20120522

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180802