RU2508516C1 - Теплообменная труба - Google Patents
Теплообменная труба Download PDFInfo
- Publication number
- RU2508516C1 RU2508516C1 RU2012152695/06A RU2012152695A RU2508516C1 RU 2508516 C1 RU2508516 C1 RU 2508516C1 RU 2012152695/06 A RU2012152695/06 A RU 2012152695/06A RU 2012152695 A RU2012152695 A RU 2012152695A RU 2508516 C1 RU2508516 C1 RU 2508516C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channel
- heat exchange
- heat transfer
- heat
- exchange tube
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Предлагаемое изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на транспорте, в химической технологии и других отраслях техники. В теплообменной трубе, канал которой выполнен с выступами и канавками, согласно заявляемому изобретению, канал образован гладкими участками трубы и узкими канавками с геометрическими соотношениями: h/D=0.1, (t-l)/h=1, l/h<(3-5), где h - высота выступа, мм, D - внутренний диаметр теплообменной трубы, мм, t - длина типового участка канала с выступом и канавкой, мм, l - длина канавки, мм. Технический результат - использование предлагаемой теплообменной трубы позволит в 2,5-4 раза уменьшить расход энергии на прокачивание теплоносителей через теплообменный аппарат (ТА), по сравнению с гладкотрубным теплообменным аппаратом, за счет снижения гидросопротивления. 4 ил., 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на транспорте, в химической технологии и других отраслях техники.
Известна теплообменная труба [Назмеев Ю.Г., Конахин A.M., Кумиров Б.А., Олимпиев В.В. Экспериментальное исследование теплообмена при ламинарном течении в трубах с использованием проволочных спиральных вставок. // Тезисы докл. юбилейной научной конф. Казанского филиала Моск. энерг. ин-та. Казань: КФ МЭИ, 1993. С.12-14], канал которой выполнен со спиральной проволочной вставкой (канал «1»). В канале «1» в качестве интенсификатора теплообмена (ИТ) служит проволочная вставка. Оптимальными для этого канала являются параметры h/D=0,171; t/D=4,3, где h - высота выступа, D - внутренний диаметр трубы, t - шаг выступов. Опыты проведены в ограниченном диапазоне характеристических параметров - h/D=0,0714-0,171; t/D=0,714-4,3; Re=400-1000, где Re - число Рейнольдса.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является теплообменная труба [Назмеев Ю.Г., Конахин A.M., Кумиров Б.А., Олимпиев В.В. Теплообмен и гидравлическое сопротивление при ламинарном течении вязкой жидкости в трубах с искусственной шероховатостью. // Теплоэнергетика. 1993. №4. С.66-69], канал которой выполнен с выступами и канавками (канал «2»). В канале «2» в качестве интенсификатора теплообмена (ИТ) служат узкие кольцевые выступы на внутренней поверхности трубы (l<t, где l - длина канавки, t - длина типового участка канала с выступом и канавкой). Для канала «2» использовалась модель [Олимпиев В.В. Модель течения для расчета теплоотдачи и сопротивления каналов с выступами при Re<104 .// Изв. вузов. Авиационная техника. 2001. №2. С.48-52], краткое содержание которой следующее. В потоке после низкого выступа (h/D<0,1, где h - высота выступа, D - внутренний диаметр теплообменной трубы) образуется рециркуляционная зона (РЗ) РЗ1. От кромки выступа по поверхности РЗ1 и далее вдоль стенки развивается пристенный внутренний пограничный слой (ВПС) ВПС2 толщиной δ. Под РЗ1 возникает ВПС3. При низком выступе, соответствующем условиям рациональной интенсификации теплообмена (ИТО), происходит быстрая релаксация течения в ВПС2 и ВПС3 к «стандартному» ламинарному пограничному слою (ЛПС), характерному для пластины (по Блазиусу). Поэтому расчет α (коэффициент теплоотдачи) и τ (касательное напряжение трения) в ВПС2 и ВПС3 возможен по теории для пластины. Участок канала (и потока) длиной t - типовой (повторяющийся), следовательно, осредненные величины α и τ для отрезка t и всего канала одинаковы. Тепловое и динамическое (с учетом сопротивления выступа) взаимодействие потока со стенкой на участке t полностью определяется процессами переноса в ВПС2 и ВПС3. В потоке выше области ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП) интенсификация теплообмена (ИТО) объясняется, в основном, малым термосопротивлением тонких ВПС2 и ВПС3. Опыты проведены только для наружной поверхности труб в межтрубном потоке теплообменного аппарата (ТА), в ограниченном диапазоне характеристических параметров - t/D<3.5; Re=400-1200, где Re - число Рейнольдса.
Недостатками известных теплообменных труб являются высокое гидросопротивление и низкая эффективность.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение энергетической эффективности за счет снижения гидросопротивления.
Технический результат достигается тем, что в теплообменной трубе, канал которой выполнен с выступами и канавками, согласно заявляемому изобретению, канал образован гладкими участками трубы и узкими канавками с геометрическими соотношениями:
h/D=0.1, (t-l)/h=1, l/h<(3-5),
где h - высота выступа, мм,
D - внутренний диаметр теплообменной трубы, мм,
t - длина типового участка канала с выступом и канавкой, мм,
l - длина канавки, мм.
Сущность изобретения поясняется чертежами и таблицей, где на фиг.1 изображен канал предлагаемой теплообменной трубы (канал «3»), на фиг.2, 3, 4, табл.1 показаны результаты расчетов эффективности (интенсивность теплоотдачи, коэффициент гидравлического сопротивления, относительный энергетический коэффициент) каналов «1», «2» и «3».
Таким образом, для достижения технического результата предложена заявляемая конструкция теплообменной трубы, канал которой (канал «3») образован гладкими участками трубы (t-l)>h и узкими канавками l/h<(3-5), т.е. канал предлагаемой теплообменной трубы является дискретно-шероховатым каналом (ДШК).
Схема течения (и расчета) в канале «3», фиг.1, базируется на модели [Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Абдрахманов А.Р. Расчет турбулентной теплоотдачи и сопротивления в каналах с поперечными кольцевыми канавками. // Изв. вузов. Авиационная техника. 1997. №3. С.56-63] для турбулентного потока. Теплогидравлический расчет канала «3» сводится к расчету α; τ на типовом участке t и в ламинарных ВПС1 и ВПС2.
Расчеты каналов проведены при условиях, одинаковых с [Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Попов И.А. Эффективность промышленно перспективных интенсификаторв теплоотдачи. // Изв. РАН. Энергетика. 2002. №3. С.102-118.; Леонтьев А.И., Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Попов И.А. Эффективные интенсификаторы теплоотдачи ламинарных (турбулентных) потоков в каналах энергоустановок.// Изв. РАН. Энергетика. 2005. №1. С.75-91]. Область расчетов соответствует номинально ламинарному режиму в гладком канале - Re≥50. Теплоноситель - воздух. Размер интенсификатора теплообмена
. Выполнены многовариантные расчеты с различными сочетаниями геометрических параметров ИТ для каждого канала.
Критерием эффективности канала и оптимального варианта размеров ИТ, как и в работах [Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Попов И.А. Эффективность промышленно перспективных интенсификаторв теплоотдачи. // Изв. РАН. Энергетика. 2002. №3. С.102-118; Леонтьев А.И., Гортышов Ю.Ф., Олимпиев В.В., Попов И.А. Эффективные интенсификаторы теплоотдачи ламинарных (турбулентных) потокаов в каналах энергоустановок. // Изв. РАН. Энергетика. 2005. №1. С.75-91], служил относительный энергетический коэффициент
(Nu - число Нуссельта, ξ - коэффициент сопротивления, гл - индекс гладкого канала; отсутствие индекса - дискретно-шероховатый канал (ДШК). При сравнении вариантов одного канала (при каждом фиксированном Re) показателем наиболее высокой эффективности канала и оптимальных размеров ИТ являлся случай
.
Для сохранения существа гидродинамической картины обтекания ИТ при расчетах каналов соблюдались очевидно необходимые условия: для канала «2» - (t-l)>L, где L - длина РЗ1.
Некоторые результаты расчетов теплогидравлических каналов «1», «2» и «3» на основе моделей и опытных данных приведены на фиг.2-4 и в таблице 1. Результаты даны для наиболее эффективных вариантов каждого канала. Оптимальные размеры ИТ указаны в табл.1. Предлагаемая теплообменная труба (канал «3») имеет наивысшую теплоотдачу, достигающую
при Re=1200, что вероятно связано с пиком теплообмена на вершине узкого выступа (t-l)/h=1 (начальный участок пластины), фиг.2, табл.1. Теплоотдача канала «2» минимальна. Предлагаемая теплообменная труба (канал «3») обладает лучшим показателем по сопротивлению, которое является низшим (
при Re=1200) по сравнению с другими теплообменными трубами (каналы «1», «2»). Увеличение сопротивления канала «3» (из-за наличия ИТ) значительно отстает от нарастания теплоотдачи
(фиг.2; фиг.3, табл.1), что обеспечивает высокую эффективность канала «3»,
при Re=400, фиг.4, табл.1.
Каналы «1», «2», обладающие повышенным сопротивлением и пониженной теплоотдачей, значительно уступают каналу «3» по эффективности. На большей части диапазона Re, фиг.4, канал «2» менее эффективен, чем гладкая труба.
Таким образом, в процессе анализа эффективности теплообменных труб с каналами «1»; «2»; «3» найдены ранее неизвестные оптимальные геометрические соотношения предлагаемой теплообменной трубы (канал «3»), обеспечивающие кратное уменьшение массогабаритных характеристик теплообменного аппарата (ТА).
Необходимо обсудить фактический режим течения в каналах «1»; «2»; «3» в исследованном интервале чисел Re=400-1200, при изученных размерах ИТ. В обзоре [Олимпиев В.В. ЛТП в каналах теплообменников с выступами-интенсификаторами теплообмена. // Теплоэнергетика. 2001. №7. С.52-56] показано, что область ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП) в ДШК может охватывать диапазон Re=200-4000. Обширные эксперименты по визуализации течения дымом и PIV-методом для выступа высотой
установили, что началу ЛТП соответствует Re=1300 [Душина О.А. Отрыв потока за выступами в канале при низких числах Рейнольдса. // Автореф. дисс. канд. техн. наук. Казань: КНЦ РАН, 2012. 16 с.]. Поэтому можно обоснованно полагать - изученный интервал чисел Re и размеров ИТ находится в области ламинарного течения ДШК.
Эффективность и оптимальные размеры каналов
Таблица 1 | ||||||
Канал 1 (h/D=0,171, t/D=4,3) | ||||||
Re | 400 | 700 | 1000 | |||
Nu/Nuгл | 2,63 | 3,23 | 3,68 | |||
ξ/ξгл | 2,48 | 3,52 | 4,41 | |||
|
1,07 | 0,916 | 0,83 | |||
Канал 2 (l1=100h; l2/D=3,5) | ||||||
Re | 400 | 800 | 1000 | 1200 | ||
Nu/Nuгл | 1,501 | 1,626 | 1,664 | 1,694 | ||
ξ/ξгл | 1,286 | 1,985 | 2,28 | 2,514 | ||
|
1,168 | 0,819 | 0,73 | 0,674 | ||
Канал 3 ((t-l)/h=1) | ||||||
Re | 400 | 800 | 1000 | 1200 | ||
Nu/Nuгл | 3,34 | 3,75 | 3,9 | 4,02 | ||
ξ/ξгл | 0,84 | 1,2 | 1,33 | 1,46 | ||
|
3,97 | 3,15 | 2,93 | 2,76 |
Использование предлагаемой теплообменной трубы позволит в 2,5-4 раза уменьшить расход энергии на прокачивание теплоносителей через теплообменный аппарат (ТА), по сравнению с гладкотрубным теплообменным аппаратом, за счет снижения гидросопротивления.
Следовательно, открывается возможность реализации высокоэффективного варианта теплообменного аппарата (ТА) и значительной экономии электроэнергии и конструкционных материалов.
Claims (1)
- Теплообменная труба, канал которой выполнен с выступами и канавками, отличающаяся тем, что канал образован гладкими участками трубы и узкими канавками с геометрическими соотношениями:
h/D=0,1, (t-l)/h=1, l/h<(3-5),
где h - высота выступа, мм,
D - внутренний диаметр теплообменной трубы, мм,
t - длина типового участка канала с выступом и канавкой, мм,
l - длина канавки, мм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152695/06A RU2508516C1 (ru) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Теплообменная труба |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012152695/06A RU2508516C1 (ru) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Теплообменная труба |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2508516C1 true RU2508516C1 (ru) | 2014-02-27 |
Family
ID=50152251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012152695/06A RU2508516C1 (ru) | 2012-12-06 | 2012-12-06 | Теплообменная труба |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2508516C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2591376C1 (ru) * | 2015-07-27 | 2016-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Теплообменная труба |
RU2777179C1 (ru) * | 2022-03-23 | 2022-08-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Теплообменная поверхность для интенсификации теплоотдачи |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2031348C1 (ru) * | 1991-12-25 | 1995-03-20 | Луганский Машиностроительный Институт | Поверхность теплообмена |
RU2078296C1 (ru) * | 1994-11-17 | 1997-04-27 | Наум Моисеевич Цирельман | Устройство для интенсификации конвективного теплообмена |
RU2355969C2 (ru) * | 2006-08-01 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Теплообменник |
WO2012141320A1 (ja) * | 2011-04-13 | 2012-10-18 | 日本電気株式会社 | 冷却装置の配管構造、その製造方法、及び配管接続方法 |
-
2012
- 2012-12-06 RU RU2012152695/06A patent/RU2508516C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2031348C1 (ru) * | 1991-12-25 | 1995-03-20 | Луганский Машиностроительный Институт | Поверхность теплообмена |
RU2078296C1 (ru) * | 1994-11-17 | 1997-04-27 | Наум Моисеевич Цирельман | Устройство для интенсификации конвективного теплообмена |
RU2355969C2 (ru) * | 2006-08-01 | 2009-05-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Теплообменник |
WO2012141320A1 (ja) * | 2011-04-13 | 2012-10-18 | 日本電気株式会社 | 冷却装置の配管構造、その製造方法、及び配管接続方法 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2591376C1 (ru) * | 2015-07-27 | 2016-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Теплообменная труба |
RU2777179C1 (ru) * | 2022-03-23 | 2022-08-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Теплообменная поверхность для интенсификации теплоотдачи |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Chu et al. | Study on hydraulic and thermal performance of printed circuit heat transfer surface with distributed airfoil fins | |
Thianpong et al. | Thermal performance evaluation of heat exchangers fitted with twisted-ring turbulators | |
Liu et al. | Numerical analysis on enhanced performance of new coaxial cross twisted tapes for laminar convective heat transfer | |
Dagdevir et al. | Heat transfer performance and flow characteristic in enhanced tube with the trapezoidal dimples | |
Nanan et al. | Investigation of heat transfer enhancement by perforated helical twisted-tapes | |
Yang et al. | Heat transfer enhancement and performance of the molten salt receiver of a solar power tower | |
Murugesan et al. | Turbulent heat transfer and pressure drop in tube fitted with square-cut twisted tape | |
CN100473936C (zh) | 强化换热管 | |
Lu et al. | A numerical investigation of the geometric effects on the performance of plate finned-tube heat exchanger | |
Lavasani et al. | Numerical study of pressure drop and heat transfer from circular and cam-shaped tube bank in cross-flow of nanofluid | |
Kapustenko et al. | The heat and momentum transfers relation in channels of plate heat exchangers | |
Kim et al. | Airside performance of oval tube heat exchangers having sine wave fins under wet condition | |
Wang et al. | The condition requiring conjugate numerical method in study of heat transfer characteristics of tube bank fin heat exchanger | |
RU2508516C1 (ru) | Теплообменная труба | |
Liu et al. | Complex turbulent flow and heat transfer characteristics of tubes with internal longitudinal plate-rectangle fins in EGR cooler | |
Lalagi et al. | Influence of design of microchannel heat exchangers and use of nanofluids to improve the heat Transfer and Pressure drop characteristics: A review | |
Olimpiev et al. | Raising the efficiency of heat-exchange tubes of power installations | |
RU2716958C1 (ru) | Теплообменная поверхность | |
Huang et al. | Manufacturing and single-phase thermal performance of an arc-shaped inner finned tube for heat exchanger | |
Olimpiev et al. | Energy-efficient intensifiers of laminar heat transfer | |
Bencherif et al. | Investigation of the hydrothermal enhancement of grooved pin fins heat sinks | |
Yu et al. | Effect of axial conduction on heat transfer in a rectangular microchannel with local heat flux | |
Abbasov et al. | Efficiency of solar air heaters | |
RU168320U1 (ru) | Теплообменник | |
Cekmer et al. | Effect of an inserted porous layer into a channel on heat transfer and pressure drop |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151207 |