RU2669441C1

RU2669441C1 - Heat exchanging device

Info

Publication number: RU2669441C1
Application number: RU2017127934A
Authority: RU
Inventors: Виталий Григорьевич Барон; Александр Витальевич Барон
Original assignee: Виталий Григорьевич Барон; Александр Витальевич Барон
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2018-10-11

Abstract

FIELD: heat exchange.

SUBSTANCE: heat exchanger contains a housing with branch pipes for supply and removal of coolants of the pipe and intertubular cavities and a bundle of indirect tubes. Death of each tube of the beam has a stochastic character. Tubes independently of each other have, along their length, bends more than in two planes, the maximum bending amplitude does not exceed the radius of the tube, the minimum distance between the maximum bends is not less than 10 radii of the tube, and the position of the center of the tube cross-section along the length of the tube does not describe a cylindrical spiral. In a heat exchanger, a tube bundle of which is assembled from such tubes, an increase in the turbulence of the intertubular flow is ensured due to the generation of a chaotic turbulent flow of the medium in the intertubular space, which contributes to the growth of the heat efficiency of the heat exchanger.

EFFECT: heat exchanging device is proposed.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области теплотехники, в частности, к рекуперативным теплообменным аппаратам.The invention relates to the field of heat engineering, in particular, to regenerative heat exchangers.

Известен теплообменный аппарат, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей трубной и межтрубной полостей и расположенный в нем пучок непрямых, витых трубок (авторское свидетельство SU №1060913 А). Формирование пучка из одинаковы витых трубок позволяет, по сравнению с пучком из прямых трубок, турбулизировать поток среды межтрубного пространства при ее движении внутри корпуса, но из-за одинаковости витых трубок создает регулярные структуры в потоке движущейся жидкости. Кроме того, использование витых трубок не позволяет собрать плотный трубный пучок. Эти недостатки снижают эффект турбулизации, т.е. тепловую эффективность теплообменного аппарата.Known heat exchanger containing a housing with pipes for supplying and discharging coolants of the pipe and annular cavities and a bundle of indirect, twisted tubes located therein (copyright certificate SU No. 1060913 A). The formation of a bundle of identical twisted tubes makes it possible, compared to a bundle of straight tubes, to turbulent the annular fluid flow as it moves inside the housing, but because of the uniformity of the twisted tubes, it creates regular structures in the flow of a moving fluid. In addition, the use of twisted tubes does not allow to collect a dense tube bundle. These shortcomings reduce the effect of turbulization, i.e. thermal efficiency of the heat exchanger.

Известен теплообменный аппарат, выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус с патрубками подвода и отвода теплоносителей трубной и межтрубной полостей и расположенный в нем пучок непрямых серпантинообразных трубок, изогнутых в одной плоскости (патент RU 2527772 С1). Формирование пучка из одинаковых серпантинообразных трубок, изогнутых в одной плоскости, позволяет собрать из них плотный пучок, но при помещении пучка в корпус аппарата между ним и корпусом образуются байпасные полости. Для ликвидации этих полостей приходится выполнять внутреннюю поверхность корпуса фигурной, что усложняет изготовление корпуса. Кроме того, из-за одинаковости серпантинообразных трубок в потоке движущейся жидкости межтрубной полости образуются регулярные структуры, что снижает эффект турбулизации, т.е. эффективность теплообменного аппарата.Known heat exchanger, selected as a prototype, containing a housing with nozzles for supplying and discharging coolants of the pipe and annular cavities and a bundle of indirect serpentine-shaped tubes bent in one plane located therein (patent RU 2527772 C1). The formation of a beam of identical serpentine-shaped tubes bent in the same plane allows you to collect a dense beam from them, but when the beam is placed in the apparatus body, bypass cavities are formed between it and the body. To eliminate these cavities, it is necessary to carry out the inner surface of the figured case, which complicates the manufacture of the case. In addition, due to the uniformity of serpentine-shaped tubes in the flow of the moving fluid of the annular cavity regular structures are formed, which reduces the effect of turbulization, i.e. heat exchanger efficiency.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности теплообменного аппарата за счет турбулизации потока среды межтрубного пространства при ее движении внутри корпуса и упрощение изготовления корпуса.The objective of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the heat exchanger due to the turbulization of the medium flow annulus during its movement inside the housing and simplifying the manufacture of the housing.

Поставленная задача решается тем, что трубки независимо друг от друга имеют вдоль своей длины изгибы более, чем в двух плоскостях, причем максимальная амплитуда изгиба не превышает радиуса трубки, минимальное расстояние между максимальными изгибами составляет не менее 10 радиусов трубки, а положение центра сечения трубки по длине последней не описывает цилиндрическую спираль.The problem is solved in that the tubes independently of each other have bends along their length in more than two planes, the maximum bending amplitude not exceeding the radius of the tube, the minimum distance between the maximum bends of at least 10 radii of the tube, and the position of the center section of the tube along the length of the latter does not describe a cylindrical spiral.

Использование для сборки пучка трубок, которые независимо друг от друга имеют вдоль своей длины изгибы более, чем в двух плоскостях, позволяет избежать образований регулярных структур в потоке движущейся жидкости межтрубной полости, что увеличивает эффект турбулизации. Выполнение изгибов трубок с максимальной амплитудой изгиба, не превышающей радиуса трубки, позволяет собрать из них плотный пучок, что повышает компактность пучка, способствует росту коэффициента теплоотдачи, а благодаря отсутствию байпасных токов между пучком и корпусом позволяет упростить изготовление корпуса, использовав для его изготовления трубу. Выполнение изгибов трубок с минимальным расстоянием между максимальными изгибами не менее 10 радиусов трубки обеспечивает повышение надежности аппарата, благодаря исключению чрезмерных пластических деформаций трубок при выполнении их изгибов. Выполнение условия, при котором положение центра сечения трубки по длине последней не описывает цилиндрическую спираль, позволяет исключить образование спиральной формы трубок, способной сформировать регулярные структуры потока жидкости межтрубной полости.The use for assembling a bundle of tubes, which independently of each other have bends along their length in more than two planes, avoids the formation of regular structures in the flow of the moving fluid of the annular cavity, which increases the effect of turbulization. Performing bends of tubes with a maximum bending amplitude not exceeding the radius of the tube makes it possible to assemble a dense beam from them, which increases the compactness of the beam, contributes to an increase in the heat transfer coefficient, and due to the absence of bypass currents between the beam and the body, it makes it possible to simplify the manufacture of the body using a pipe for its manufacture. Performing bends of the tubes with a minimum distance between the maximum bends of at least 10 radii of the tube increases the reliability of the apparatus by eliminating excessive plastic deformation of the tubes when performing their bends. Fulfillment of the condition under which the position of the center of the tube cross section along the length of the tube does not describe a cylindrical spiral allows one to exclude the formation of a spiral tube shape that can form regular structures of the annular fluid flow.

При погибе каждой трубки, например, диаметром 8 мм для заявляемого теплообменного аппарата, движение ее оси, имеющее стохастический характер, задается в цилиндрических координатах в виде: х=(ρ,ϕ,z), ρ∈[0,8], ϕ∈[0,2π], z∈(0,+∞) и удовлетворяет следующим условиям:When each tube dies, for example, with a diameter of 8 mm for the inventive heat exchanger, the movement of its axis, which is stochastic, is specified in cylindrical coordinates in the form: x = (ρ, ϕ, z), ρ∈ [0.8], ϕ∈ [0,2π], z∈ (0, + ∞) and satisfies the following conditions:

где:Where:

- Р1(ρ) - вероятность того, что траектория оси трубки будет находиться в цилиндре радиуса ρ и высотой 160 с центром в начале координат- P1 (ρ) - the probability that the trajectory of the tube axis will be in a cylinder of radius ρ and a height of 160 centered at the origin

- Р2(ϕ) - вероятность того, что радиус траектории оси трубки не останется постоянным при ее повороте на угол ϕ- P2 (ϕ) is the probability that the radius of the trajectory of the tube axis does not remain constant when it is rotated through an angle ϕ

- x(zk1) - проекция оси трубки x(ρ,ϕ,z) при z=zk на плоскость (ρ,ϕ,0)- x (zk1) is the projection of the tube axis x (ρ, ϕ, z) at z = zk onto the plane (ρ, ϕ, 0)

параметры а, b, с и d выбираются так, чтобы Р1, Р2∈[0,1]the parameters a, b, c and d are chosen so that P1, P2∈ [0,1]

Выполнение заданных условий для всех трубок пучка позволяет получить плотный пучок из стахостически изогнутых труб, что обеспечивает рост турбулизации межтрубного потока за счет генерирования хаотичного турбулентного характера потока среды межтрубного пространства. При помещении такого пучка в цилиндрический корпус аппарата, между ним и корпусом не образуются байпасные полости, т.к. смежные трубки в каждом сечении имеют незначительные разнонаправленные изгибы, в результате чего в каждом поперечном сечении корпуса имеются близкорасположенные друг к другу трубки, находящиеся в непосредственном контакте с корпусом.Fulfillment of the specified conditions for all the tubes of the beam allows you to get a dense beam from stachostically bent pipes, which ensures an increase in the turbulization of the annular flow due to the generation of a chaotic turbulent nature of the flow of the annulus. When such a beam is placed in the cylindrical body of the device, bypass cavities are not formed between it and the body, because adjacent tubes in each section have slight multidirectional bends, as a result of which, in each cross section of the casing, there are tubes adjacent to each other in direct contact with the casing.

На фг. 1 схематически представлен заявляемый теплообменный аппарат. Поз. 1 - корпус, поз. 2 и поз. 3 - патрубки трубной полости, поз. 4 и поз. 5 патрубки межтрубной полости, поз. 6 - трубки трубного пучка.On fg. 1 is a schematic representation of the inventive heat exchanger. Pos. 1 - case, pos. 2 and pos. 3 - pipe nozzles, pos. 4 and pos. 5 pipes of the annular cavity, pos. 6 - tube tube bundle.

На фиг. 2 представлен фрагмент трубного пучка.In FIG. 2 shows a fragment of a tube bundle.

Теплообменный аппарат работает следующим образом. Теплоноситель трубной полости через патрубок 2 входит в трубный пучок 6 и, пройдя по трубной полости, выходит из аппарата через патрубок 3. Теплоноситель межтрубной полости входит в межтрубную полость через патрубок 4 и, пройдя по межтрубной полости, выходит через патрубок 5. При движении теплоносителя по межтрубной полости он омывает теплопередающие трубки трубного пучка под постоянно меняющимся углом атаки.The heat exchanger operates as follows. The coolant of the pipe cavity through the pipe 2 enters the tube bundle 6 and, passing through the pipe cavity, leaves the apparatus through the pipe 3. The coolant of the annular cavity enters the annular cavity through the pipe 4 and, passing through the annular cavity, exits through the pipe 5. When the coolant moves along the annular cavity, it washes the heat transfer tubes of the tube bundle at a constantly changing angle of attack.

Использование заявляемого технического решения позволяет упростить изготовление корпуса аппарата и повысить турбулизацию потока среды межтрубного пространства, что способствует росту тепловой эффективности теплообменного аппарата.The use of the claimed technical solution allows to simplify the manufacture of the apparatus body and increase the turbulization of the flow medium of the annulus, which contributes to the growth of thermal efficiency of the heat exchanger.

Claims

A heat exchanger comprising a case with nozzles for supplying and discharging coolants of the pipe and annular cavities and a bundle of indirect pipes located in it, characterized in that the pipes independently of each other have bends along their length more than in two planes, and the maximum bending amplitude does not exceed the radius of the tube, the minimum distance between the maximum bends is at least 10 radii of the tube, and the position of the center of the tube section along the length of the tube does not describe a cylindrical spiral.