RU2516743C1 - Пластинчатый теплообменник с компланарными каналами - Google Patents
Пластинчатый теплообменник с компланарными каналами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2516743C1 RU2516743C1 RU2012154152/06A RU2012154152A RU2516743C1 RU 2516743 C1 RU2516743 C1 RU 2516743C1 RU 2012154152/06 A RU2012154152/06 A RU 2012154152/06A RU 2012154152 A RU2012154152 A RU 2012154152A RU 2516743 C1 RU2516743 C1 RU 2516743C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- gas
- air
- path
- exchanger path
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в рекуперативных теплообменниках. Теплообменник содержит послойно расположенные гофрированные пластины, гофры которых скрещиваются, причем гофры выполнены переменной ширины по шагу через одну, поочередно двух размеров, образующих площади проходных сечений для воздуха FB и для газа FГ в соотношении между собой, определяемым по формуле
где
рB - давление воздуха в тракте теплообменника
рГ - давление газа в тракте теплообменника
ΔрВ - потери давления воздуха в тракте теплообменника
ΔpГ - потери давления газа в тракте теплообменника
tB - температура воздуха в тракте теплообменника
tГ - температура газа в тракте теплообменника
Технический результат - оптимизация габаритов пластинчатых теплообменников с компланарными каналами. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области рекуперативных теплообменников, применяемых в авиационных газотурбинных двигателях, а также в стационарных газотурбинных установках с регенеративными циклами, для подогрева воздуха, поступающего из компрессора в камеру сгорания, выхлопными газами на выходе из турбины.
Известны пластинчатые теплообменники с компланарными каналами, содержащие послойно гофрированные пластины, гофры которых скрещиваются. [Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок: Учебник для вузов / В.Л.Иванов, А.И.Леонтьев, Э.А.Манушин, М.И.Осипов; Под ред. А.И.Леонтьева. - 2-е изд., стереотип.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. - 592 с. Рисунок 2. 18 на странице 105], [Справочник по теплообменникам: В 2-х т. Т.2/Пер. с англ. под ред. О.Г.Мартыненко и др. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 352 с. Рисунок 16 на странице 83 и рисунки 1 и 2 на странице 88].
Недостатком известных пластинчатых теплообменников с компланарными каналами, содержащими послойно гофрированные пластины, гофры которых скрещиваются, является одинаковая ширина канавок гофр, что обеспечивает одинаковые площади проходных сечений разветвляющихся трактов для прохода сжатого в компрессоре воздуха с невысокой температурой, с одной стороны пластины, и для прохода расширившегося в турбине газа с высокой температурой, с другой стороны пластины. Так как массовые расходы воздуха и газа через разветвляющиеся тракты теплообменника практически одинаковы, а объемный расход горячего газа существенно выше объемного расхода сжатого воздуха, то в разветвляющемся тракте горячего газа возникают большие скорости и, как следствие, имеют место большие гидравлические потери этого тракта, по сравнению с трактом для сжатого воздуха, что противоречит требованиям практики обеспечения более низких гидравлических потерь тракта горячего газа, во избежание запирания турбины, и приводит к необходимости увеличивать площади проходных сечений тракта горячего газа, что влечет за собой и ненужное увеличение площади проходных сечений тракта для сжатого воздуха из-за симметричности каналов по обеим сторонам пластины, тем самым увеличивая общие габариты теплообменника.
Задачей изобретения является оптимизация габаритов пластинчатого теплообменника с компланарными каналами.
Это достигается тем, что пластинчатый теплообменник с компланарными каналами содержит послойно расположенные гофрированные пластины, гофры которых скрещиваются, при этом гофры выполнены переменной ширины по шагу через одну, поочередно двух размеров, образующих площади проходных сечений разветвляющихся трактов для воздуха FВ и для газа FГ по обеим сторонам пластины в соотношении межу собой, определяемом как
где
рB - давление воздуха в тракте теплообменника
рГ - давление газа в тракте теплообменника
ΔрВ - потери давления воздуха в тракте теплообменника
ΔpГ - потери давления газа в тракте теплообменника
tB - температура воздуха в тракте теплообменника
tГ - температура газа в тракте теплообменника
чем обеспечиваются оптимальные значения скоростей в обоих разветвляющихся трактах и, тем самым, оптимальные габариты теплообменника.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого теплообменника. Теплообменник содержит послойно гофрированные пластины 1 и 2, гофры которых пересекаются и расположены симметрично относительно плоскости их соприкосновения, образующие разветвляющиеся тракты для воздуха 3 и для газа 4 по обеим сторонам пластины с гофрами переменной ширины через одну, поочередно двух размеров, обеспечивающих оптимальное соотношение площадей проходных сечений разветвляющихся трактов для воздуха и разветвляющихся трактов для газа по обеим сторонам пластины.
При работе пластинчатого теплообменника сжатый в компрессоре воздух проходит по разветвлениям тракта 3, а расширившийся в турбине газ по разветвлениям тракта 4 со взаимной обкруткой потоков в разветвлениях в своем тракте между контактами выступов скрещивающихся гофр, а за счет разных площадей проходных сечений разветвляющихся трактов 3 для воздуха FB и разветвляющихся трактов 4 для газа FB обеспечиваются оптимальные значения скоростей в обоих разветвляющихся трактах и тем самым оптимальные габариты теплообменника.
Использование отличительных признаков в заявляемом пластинчатом теплообменнике с компланарными каналами, содержащем послойно гофрированные пластины, гофры которых скрещиваются, позволяет оптимизировать габариты пластинчатого теплообменника. Тем самым повышается технический уровень пластинчатого теплообменника с компланарными каналами, содержащего послойно гофрированные пластины, гофры которых скрещиваются, как важного крупногабаритного элемента в газотурбинных установках с регенеративными циклами для передачи теплоты выхлопных газов на выходе из турбины сжатому воздуху, поступающему из компрессора в камеру сгорания ГТД, за счет обеспечения оптимального соотношения площадей проходных сечений разветвляющихся трактов для газа и для воздуха по обеим сторонам пластины, чем обеспечиваются оптимальные значения скоростей в обоих трактах и, тем самым, оптимальные габариты теплообменника.
Получение уравнения для расчета отношения площадей проходных сечений разветвляющихся трактов для газа и для воздуха
Эквивалентный гидравлический диаметр при течении теплоносителя между гофрированными пластинами определяется как dl=4Vl/Sl, где Vl - объем между пластинами; Sl - площадь смоченной поверхности [Справочник по теплообменникам: В 2-х т. Т.2 / Пер. с англ. под ред. О.Г.Мартыненко и др. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 352 с. рисунок 16 на странице 83 и рисунки 1 и 2 на странице 88], или этот диаметр может быть определен, как известно, отношением учетверенной площади проходного сечения F к смоченному периметру Sc как dl=4F/Sc. Число Рейнольдса в компланарном канале определяется через скорость потока в нем W, или через расход теплоносителя G по известной формуле
Гидравлическое сопротивление (падение полного давления Δρ) для всего тракта длиной L, расположенного под углом
(β - угол пересечения гофр пластин) к осевому направлению движения обоих теплоносителей, можно определить из уравнения подобия для коэффициента гидравлического сопротивления для гофрированных пластин
где ξ=4f - гидросопротивление одного калибра канала, а параметр f определяется по числу Рейнольдса как f=1,22 Re-0,252.
Значит
откуда потери полного давления в канале определятся как
Учитывая, что расход теплоносителя G=WρF, умножив и разделив последнее выражение на ρF2, получим
Отношение задаваемых потерь давления ΔрВ для воздуха и ΔpГ, для газа, определяемых по формуле (5), определится как
Учитывая зависимость коэффициентов динамической вязкости воздуха µВ и газа µГ от температуры по формулам [Исаченко В.П., Осипова В.Л., Сукомел А.С.Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981. 416 с.]
получим формулу для расчета отношения площадей проходных сечений разветвляющихся трактов для газа и воздуха по заданным ΔрВ и ΔрГ, рВ, рг, tВ, tГ в виде
Пример расчета оптимального соотношения площадей Fг и Fв по формуле (9)
Ставится задача разработать компактный теплообменник с оптимальной геометрией на следующие параметры:
G=0,79 кг/с - расходы воздуха и газа по своим трактам одинаковы
tВ=394°С (667К) - средняя температура воздуха в теплообменнике
tГ=474°C (747K) - средняя температура газа в теплообменнике
рB=446625Па - среднее давление воздуха в теплообменнике
рГ=108625Па - среднее давление газа в теплообменнике
Δрв=6750 Па - потери давления в тракте воздуха
ΔрГ=2750 Па - потери давления в тракте газа
Оптимальное соотношение площадей проходных сечений трактов для газа и для воздуха определяется по формуле (9)
Claims (1)
- Пластинчатый теплообменник с компланарными каналами, содержащий послойно расположенные гофрированные пластины, гофры которых скрещиваются, отличающийся тем, что гофры выполнены переменной ширины по шагу через одну, поочередно двух размеров, образующих площади проходных сечений для воздуха FВ и для газа FГ в соотношении между собой, определяемом по формуле
где
рB - давление воздуха в тракте теплообменника
рГ - давление газа в тракте теплообменника
ΔрВ - потери давления воздуха в тракте теплообменника
ΔpГ - потери давления газа в тракте теплообменника
tB - температура воздуха в тракте теплообменника
tГ - температура газа в тракте теплообменника.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012154152/06A RU2516743C1 (ru) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | Пластинчатый теплообменник с компланарными каналами |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012154152/06A RU2516743C1 (ru) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | Пластинчатый теплообменник с компланарными каналами |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2516743C1 true RU2516743C1 (ru) | 2014-05-20 |
Family
ID=50779071
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012154152/06A RU2516743C1 (ru) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | Пластинчатый теплообменник с компланарными каналами |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2516743C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1284316C (en) * | 1988-06-20 | 1991-05-21 | Timothy P. Creighton | Plate type heat exchanger |
RU2027969C1 (ru) * | 1993-02-24 | 1995-01-27 | Научно-производственное предприятие "ТАРК" | Теплообменный элемент |
UA15193U (en) * | 2005-12-26 | 2006-06-15 | Vladyslav Valentynovyc Plietin | Method for the preparation of alcohol-containing cocktail |
WO2011129695A3 (en) * | 2010-04-16 | 2012-01-19 | Mircea Dinulescu | Plate type heat exchanger having outer heat exchanger plates with improved connections to end panels |
-
2012
- 2012-12-13 RU RU2012154152/06A patent/RU2516743C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA1284316C (en) * | 1988-06-20 | 1991-05-21 | Timothy P. Creighton | Plate type heat exchanger |
RU2027969C1 (ru) * | 1993-02-24 | 1995-01-27 | Научно-производственное предприятие "ТАРК" | Теплообменный элемент |
UA15193U (en) * | 2005-12-26 | 2006-06-15 | Vladyslav Valentynovyc Plietin | Method for the preparation of alcohol-containing cocktail |
WO2011129695A3 (en) * | 2010-04-16 | 2012-01-19 | Mircea Dinulescu | Plate type heat exchanger having outer heat exchanger plates with improved connections to end panels |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fayyadh et al. | Flow boiling heat transfer of R134a in multi microchannels | |
Dović et al. | Generalized correlations for predicting heat transfer and pressure drop in plate heat exchanger channels of arbitrary geometry | |
Dong et al. | Experimental and numerical investigation of thermal-hydraulic performance in wavy fin-and-flat tube heat exchangers | |
Pandey et al. | An experimental investigation of exergy loss reduction in corrugated plate heat exchanger | |
Chen et al. | Experimental investigations of polymer hollow fibre integrated evaporative cooling system with the fibre bundles in a spindle shape | |
Park et al. | Experimental investigation of the convective heat transfer coefficient for open-cell porous metal fins at low Reynolds numbers | |
TW201621251A (zh) | 交替通道熱交換器 | |
Kim et al. | An experimental study on single phase convection heat transfer and pressure drop in two brazed plate heat exchangers with different chevron shapes and hydraulic diameters | |
Tran et al. | Optimization of the airside thermal performance of mini-channel-flat-tube radiators by using composite straight-and-louvered fins | |
Ma et al. | Numerical study on small-scale longitudinal heat conduction in cross-wavy primary surface heat exchanger | |
Kawahara et al. | Characteristics of gas–liquid two-phase flows through a sudden contraction in rectangular microchannels | |
Nguyen et al. | Effect of solid heat conduction on heat transfer performance of a spiral heat exchanger | |
Dehghandokht et al. | Numerical study of fluid flow and heat transfer in a multi-port serpentine meso-channel heat exchanger | |
Huang et al. | Longitudinal fluid flow and heat transfer between an elliptical hollow fiber membrane tube bank used for air humidification | |
Zhang et al. | An experimental heat transfer study for helically flowing outside petal-shaped finned tubes with different geometrical parameters | |
Muzychka et al. | Modeling the f and j characteristics for transverse flow through an offset strip fin at low Reynolds number | |
RU2516743C1 (ru) | Пластинчатый теплообменник с компланарными каналами | |
CN115292855B (zh) | 一种换热器的设计方法及换热器 | |
Wang et al. | Experimental investigation on heat transfer and pressure drop in a microtubine recuperator with cross-wavy primary surface channels | |
Kawaguchi et al. | The heat transfer and pressure drop characteristics of finned tube banks in forced convection (comparison of the pressure drop characteristics of spiral fins and serrated fins) | |
KR101405394B1 (ko) | 인쇄기판형 열교환기 | |
Ma et al. | Numerical study of internally finned bayonet tubes in a high temperature bayonet tube heat exchanger with inner and outer fins | |
Firoozeh et al. | Two-tube heat exchanger with variable groove angle on the inner pipe surface: Experimental study | |
Pelevin | Heat transfer in meshed metallic materials with interchannel transpiration and two-dimensional intermesh flow of a heat-transfer fluid | |
Ouyang et al. | Oblique fluid flow and heat transfer across a hollow fiber membrane bank under uniform temperature conditions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |