RU2790404C1 - Ребро газоохладителя с возмущённым воздушным охлаждением - Google Patents

Abstract

Ребро газоохладителя с воздушным охлаждением содержит стенки проточного канала, образующие канал для воздушного потока. Стенки канала для воздушного потока включают плоские секции, разделенные прерывистыми разрывами потока, которые расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала воздушного потока. Прерывистые разрывы потока определяются стенками проточного канала. Прерывистые разрывы потока, могут, например, включать разрывы, образованные в шахматном порядке, в котором плоские сечения стенки канала перед и после каждого разрыва расположены в шахматном порядке; или периодически синусоидальных волн, возникающих в проточной части стенки; или заслонки образуются в стенке проточного канала, чтобы создать отверстия, проходящего через стенку канал подачи потока на заслонки. Прерывистые разрывы потока могут быть разнесены вдоль канала воздушного потока по меньшей мере на 5 гидравлических диаметров, а в некоторых вариантах осуществления на 5-10 гидравлических диаметров. Множество таких ребер газоохладителя с воздушным охлаждением целесообразно использовать с каналами воздушного потока, расположенными параллельно. 3 н.п. ф-лы, 12 ил.

Description

В этой заявке утверждается, что предварительная заявка США №62/835835,706, поданная 18 апреля 2019 г., включена в настоящую заявку путем ссылки в полном объеме.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к газоохладителям с воздушным охлаждением, ребрам теплообменника и их решеткам для газоохладителя с воздушным охлаждением и т.д.

Традиционные теплообменные ребра бывают прямыми или плоскими. Передача тепла происходит через ребристый канал, в котором воздух поступает в канал и создает пограничный слой жидкости. Теплопередача нормализуется, как только устанавливается пограничный слой жидкости. Некоторые прямые ребра могут иметь дефекты или другие особенности на своей поверхности в результате производственных процессов. Таким образом, традиционные конструкции ребер могут быть не совсем прямыми или однородными от ребра к ребру в пределах массива ребер.

Известная модификация конструкции прямого ребра состоит в том, чтобы включать перфорации в ребрах для нарушения потока воздуха в проточном канале, т. е. перфорации с нажимом или разрезом. Они предлагают поперечные пути потока и обычно используются в автомобилестроении. Перфорации, хотя и эффективны для нарушения пограничного слоя жидкости, повышающего теплопередачу, могут быть непрактичными в некоторых приложениях, поскольку они увеличивают падение давления воздушного потока.

В другой известной конструкции ребер используются смещенные ребра. В этой конструкции прямой путь циклически смещается внутри канала, чтобы нарушить пограничный слой. Такая конструкция, как и в случае с перфорацией, увеличивает способность к теплопередаче, но при этом также увеличивает перепад давления.

В другой известной конструкции ребер используются волнистые или гофрированные ребра. В этой конструкции прямые ребра изогнуты, образуя синусоидальные пластины. Периодические волны обеспечивают разрушение пограничного слоя жидкости (US № 5,209,289, Haushalter, опубл. 11 мая 1993 года), раскрывает модифицированный массив ребер, включающий волнистые смещения в уникальной комбинации.

US №2018/0023901 A1, Bugler et al., опубл. 25 января 2018 года, раскрывает конструкцию ребра теплообменной трубы, в которой множество форм наконечника стрелы вдавливается в каждое ребро или выбивается на нем. Спрессованные формы наконечников стрел сгруппированы во вложенные пары, и один из наконечников в паре спрессован как положительный относительно плоскости ребра, а другой из пары спрессован как отрицательный относительно плоскости ребра. Пары наконечников стрел расположены рядами параллельно направлению воздушного потока, и пары наконечников стрел в одном ряду предпочтительно расположены в шахматном порядке относительно пар наконечников стрел в соседнем ряду вдоль ребра в направлении воздушного потока.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В некоторых аспектах, раскрытых здесь, ребро газоохладителя с воздушным охлаждением содержит стенки проточного канала, определяющие канал воздушного потока. Стенки проточного канала включают плоские участки, разделенные прерывистыми разрывами потока, которые расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала воздушного потока. Прерывистые разрывы потока определяются стенками проточного канала.

В некоторых показанных вариантах осуществления прерывистые разрывы потока содержат разрезы, образованные шахматным расположением, в котором плоские участки стенок проточного канала до и после каждого разреза расположены в шахматном порядке. В некоторых вариантах осуществления смещение стенок проточного канала после каждого разрыва составляет примерно половину ширины канала воздушного потока.

В некоторых показанных вариантах осуществления прерывистые разрывы потока включают прерывистые синусоидальные волны, сформированные в стенках проточного канала.

В некоторых показанных вариантах прерывистые разрывы потока включают заслонки, сформированные в стенках проточного канала для создания отверстий, проходящих через стенки проточного канала в прорезях. В некоторых вариантах осуществления заслонки расположены под углом от 1 градуса до 30 градусов к направлению воздушного потока канала воздушного потока. В некоторых вариантах осуществления стенки проточного канала прикреплены к трубе газоохладителя с воздушным охлаждением.

В любом из вышеупомянутых вариантов прерывистые разрывы потока в некоторых более конкретных вариантах находятся на расстоянии от 5 гидравлических диаметров до 10 гидравлических диаметров друг от друга вдоль канала воздушного потока.

В любом из вышеупомянутых вариантов прерывистые разрывы потока в некоторых более конкретных вариантах расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала воздушного потока по меньшей мере на 5 гидравлических диаметров.

В некоторых аспектах, раскрытых в настоящей заявке, предусмотрено множество ребер газоохладителя с воздушным охлаждением, как указано в любом из предыдущих пунктов, в которых каналы воздушного потока ребер газоохладителя с воздушным охлаждением расположены параллельно.

В некоторых аспектах, раскрытых здесь, газоохладитель с воздушным охлаждением содержит пароконденсатные трубы и ребра, прикрепленные к пароконденсатным трубам. Ребра состоят из стенок проточных каналов, образующих параллельные каналы воздушного потока. Стенки проточных каналов включают плоские участки, разделенные прерывистыми разрывами потока, которые расположены на расстоянии друг от друга вдоль каналов воздушного потока. Прерывистые разрывы потока определяются стенками проточного канала. Прерывистые разрывы потока в некоторых вариантах осуществления включают разрывы, образованные шахматным расположением, в котором плоские участки стенок проточного канала до и после каждого разрыва расположены в шахматном порядке. Расположение стенок проточного канала в шахматном порядке после каждого разрыва составляет, в некоторых более конкретных вариантах осуществления, примерно половину ширины канала воздушного потока. Прерывистые разрывы потока в некоторых вариантах осуществления включают прерывистые синусоидальные волны, сформированные в стенках проточного канала. Прерывистые разрывы потока в некоторых вариантах осуществления включают заслонки, сформированные в стенках проточного канала для создания отверстий, проходящих через стенки проточного канала в заслонки. В некоторых более конкретных вариантах осуществления заслонки расположены под углом от 1 градуса до 30 градусов к направлению воздушного потока в канале воздушного потока. В любом из предыдущих вариантов осуществления этого пункта прерывистые разрывы потока могут в некоторых более конкретных вариантах осуществления находиться на расстоянии от 5 гидравлических диаметров до 10 гидравлических диаметров друг от друга вдоль канала воздушного потока. В любом из предыдущих вариантов осуществления этого параграфа прерывистые разрывы потока могут в некоторых более конкретных вариантах быть разнесены вдоль канала воздушного потока по меньшей мере на 5 гидравлических диаметров.

Некоторые варианты газоохладителя с воздушным охлаждением, изложенные в предыдущем пункте, дополнительно содержат распределительные коллекторы, соединенные для подачи пара в пароконденсатные трубы, и систему перемещения воздуха, содержащую вентилятор, установленный для направления воздушного потока через ребра, прикрепленные к трубам для пара/конденсата. Некоторые более конкретные варианты осуществления дополнительно включают стояки, соединенные для подачи пара в распределительные коллекторы, в которых пароконденсатные трубы, распределительные коллекторы, стояки и система перемещения воздуха расположены так, чтобы образовывать газоохладитель с воздушным охлаждением в виде газоохладителя с воздушным охлаждением типа А или других типов.

В некоторых аспектах, раскрытых в настоящем документе, раскрыт способ охлаждения с использованием ребра газоохладителя с воздушным охлаждением. Способ включает пропускание воздуха через канал воздушного потока, определяемый стенками проточного канала, и прерывание потока воздуха при прерывистых разрывах потока, определяемых стенками проточного канала, которые расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала воздушного потока. В некоторых более конкретных вариантах осуществления прерывистые разрывы потока размещаются в местах, где пограничный слой проходящего воздуха нормализовался. В некоторых более конкретных вариантах осуществления прерывистые разрывы потока расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала воздушного потока по меньшей мере на 5 гидравлических диаметров.

Эти и другие не ограничивающие аспекты и/или объекты раскрытия более подробно описаны ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение может принимать форму в различных компонентах и компоновках компонентов, а также в различных технологических операциях и компоновках технологических операций. Чертежи предназначены только для иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления и не должны толковаться как ограничивающие изобретение. Это раскрытие включает в себя следующие чертежи.

На фиг. 1 схематически показана s разница температуры s в зависимости от длины для плоского ребра.

На фиг. 2 схематически показан коэффициент теплопередачи в зависимости от длины плоского ребра.

На фиг. 3 схематически показано увеличение перепада давления воздуха в зависимости от длины плоского ребра.

На фиг. 4 схематично показан перспективный вид a части ребра газоохладителя с воздушным охлаждением, имеющего одно расщепленное ребро.

На фиг. 5 схематично показан вид сверху части решетки ребер газоохладителя с воздушным охлаждением, включая множество разделений типа, показанного на фигуре 4.

На фиг. 6 схематично показана карта скорости воздушного потока в перспективе для воздушного потока с разделенным ребром.

На фиг. 7 схематично показан перспективный вид a части ребра газоохладителя с воздушным охлаждением, имеющей прерывистые синусоидальные волны.

На фиг. 8 схематично показан перспективный вид a части ребра газоохладителя с воздушным охлаждением, имеющего заслонки.

На фиг. 9 схематично показан вид сверху части решетки ребер газоохладителя с воздушным охлаждением, включая множество заслонки типа, показанного на фигуре 8.

На фиг. 10 показан коэффициент теплопередачи ребра газоохладителя с воздушным охлаждением с разрывами в зависимости от положения.

На фиг. 11 показан коэффициент теплопередачи ребра газоохладителя с воздушным охлаждением с прерывистыми синусоидальными волнами в зависимости от положения.

На фиг. 12 схематично показано типичное применение усовершенствованных ребер с воздушным охлаждением в газоохладителе, где показанный газоохладитель с воздушным охлаждением имеет тип рамы с принудительной вытяжкой.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для некоторых применений, таких как газоохладитель с воздушным охлаждением, чрезмерное падение давления создает конструктивные ограничения при нанесении ребер на геометрию трубы. Существует потребность в новых и улучшенных конструкциях ребер и решеток ребер, которые минимизируют площадь теплообменника, напротив, требуется дополнительная потребляемая мощность, необходимая для перемещения воздуха/преодоления чрезмерных перепадов давления в существующих конструкциях.

Применение газоохладителя с воздушным охлаждением предъявляет некоторые требования к площади потока пара и результирующему падению давления, что ограничивает минимальные размеры основания трубы ребра теплообменника. Использование существующей неплоской конструкции ребра (заслонка, смещенной, волнистой и т.д.) Требует дополнительной потребляемой мощности (большего размера воздухозаборника) для применения ребра к требуемой геометрии трубы. Кроме того, изменение геометрии трубы для включения a non-конструкции с неплоскими ребрами в конструкцию с более низкой потребляемой мощностью часто неэкономично.

Поток на стороне воздуха газоохладителя с воздушным охлаждением обычно работает в ламинарном режиме, который определяется числами Рейнольдса менее 2000. В этом режиме перенос импульса и энергии происходит с помощью механизма молекулярной диффузии, который определяется градиентами в профиле скорости. Градиенты скорости вблизи стенки ребра особенно важны для определения скорости переноса импульса и энергии в местном регионе при прохождении воздуха через канал ребра. По мере того как воздух в области подхода свободного потока поступает в каналы оребрения, возникают чрезвычайно высокие градиенты скорости, основанные на большой разнице скоростей между скоростью входящего воздуха и условием нулевой скорости на стенке оребрения. Это приводит к большим коэффициентам трения и коэффициентам теплопередачи на передней кромке ребра. По мере продвижения потока вниз по каналу ребра профиль скорости приближается к полностью развитому профилю (обычно параболическому). По мере этого перехода локальные градиенты скорости на стенке ребра уменьшаются, и значения локального коэффициента трения и коэффициента теплопередачи постепенно приближаются к полностью разработанным значениям. Этот переход часто происходит в пределах десяти (10) гидравлических диаметров от входа в секцию ребра. Гидравлический диаметр,

, является обычно используемым термином при работе с потоком в некруглых трубах и каналах и определяется как

(1)

где

- площадь поперечного сечения потока, а

- смоченный периметр поперечного сечения (где смоченный периметр включает все поверхности, на которые действует напряжение сдвига жидкости). Для замкнутого прямоугольного канала размеров

гидравлический диаметр

задается:

(2)

Поэтому входная область ребра более эффективна с точки зрения передачи тепла, чем остальная часть ребра, хотя увеличение передачи тепла происходит за счет дополнительного снижения давления.

В отношении фигур 1-3-3, показано численное моделирование зависимости дифференциальной температуры от длины (фиг. 1), коэффициента теплопередачи от длины (фиг. 2), и инкрементного перепада давления воздуха от длины (фиг. 3) показано для плоского ребра. На фиг. 1, 2 и 3 входная область расположена слева, при этом поток воздуха движется по каналу длиной L к выходной стороне ребра справа от кривой. Наиболее эффективная область теплопередачи в плоском ребре газоохладителя с воздушным охлаждением находится на входе воздуха в канал ребра. Это видно на фиг. 2, где коэффициент теплопередачи быстро уменьшается с течением воздуха по длине канала.

Фиг. 4 представляет собой графическое изображение, показывающее один разъемный ребро 10, как описано здесь. Разделенное ребро использует преимущества улучшенной передачи тепла, которая происходит на передней кромке входа в канал ребра, чтобы уменьшить общую площадь поверхности всей сборки ребра. Расположение разделенного ребра на фиг. 4 включает в себя участок 12 с прямым ребром, имеющий канал 14 для ребер, который впоследствии разделяется на два канала 16, 18 для ребер в точке 20 разделения по длине канала 14 для ребер. Разрыв 20 предпочтительно происходит в точке или вокруг точки, где air поток воздуха полностью развился в секции 14 первого канала. Когда воздушный поток (обозначенный стрелками F на фиг. 4) поступает в расположенное в шахматном порядке реберное устройство 20, он разделяется на последующие секции, т. е. разделенные воздушные потоки 16, 18. Ребро стены нижней секция ребра 22 находится в или рядом с центром восходящего потока или канала 14 (другими словами, смещение стенок ребер после разделения составляет примерно половину ширины канала воздушного потока), тем самым подвергаясь воздействию высокой скорости градиенты возле стены, аналогично тому, что происходит на входе первого ребра раздел 12. Этот процесс повторяется при каждом разделении потока, что приводит к увеличению теплопередачи в области передней кромки каждой секции ребра 12, 22. В результате получается более компактная конфигурация сборки ребер; требуется меньшая площадь поверхности ребер и сравнительно меньший материал, необходимый для создания массива ребер, чем традиционные конструкции.

В соответствии с фиг. 5, когда разделенное ребро сформировано в решетку ребер, каждый разрыв потока приводит к увеличению коэффициента теплопередачи и коэффициента трения в локальной области вблизи входа в соответствующую секцию ребра. Фиг. 5 иллюстрирует массив ребра, включая последовательных иллюстрированных секций ребра 12а, 12b, 12c с соответствующими каналами 14а, 14b, 14c, с точки разрыва ребра 20ab на стыке ребра секций 12а, 12b и точка разрыва ребра 20bc на стыке ребра секций, 12b, 12c. Это повторяется для всех секций с разрывом ребер, имеющихся в сборке. Локальное увеличение коэффициента трения приводит к увеличению перепада давления, что, как правило, нежелательно. Теплопередача от ребра к воздуху зависит от двух факторов: местного коэффициента теплопередачи и местной разности температур между воздухом и ребром. Разрыв потока на 20 увеличивает локальный коэффициент теплопередачи, что является выгодным. Как и в случае с коэффициентом трения, локальное увеличение коэффициента теплопередачи, возникающее в результате каждого разрыва потока 20, является постоянным во всем узле ребер. Однако по мере прохождения воздушного потока F через пучок разница температур между воздухом и ребром непрерывно уменьшается. Следовательно, эффективность разрыва потока 20 в отношении увеличения локальной теплопередачи уменьшается по мере удаления конкретного разрыва потока от входа в пучок ребер. По этой причине целесообразно группировать разрывы 20 потока вблизи входа в пучок и использовать более непрерывную секцию на конце следа ребристого пучка, содержащего множество отдельных ребер.

Со ссылкой на фигуру 6, в другом варианте осуществления газоохладитель с воздушным охлаждением использует однорядные оребренные трубы и включает в себя разделительную функцию внутри канала воздушного потока, которая нарушает пограничный слой вдоль стенки проточного канала. На фиг. 6 показана карта скорости воздушного потока в перспективе для воздушного потока с разделенным ребром.

Концепция разделенных ребер is не предназначена для того, чтобы ограничиваться предыдущим обсуждением. Функции разделения могут быть повторяющимися или промежуточными. Стенки проточного канала могут быть прерывистыми или непрерывными. Поток вдоль стенки плоского ребра может быть нарушен перерезанным каналом, и образуется новый канал, отверстие которого смещено от выходного отверстия исходного канала. Каналы ребер могут состоять из одного или нескольких расщеплений.

Длина канала секций 12 ребер предпочтительно определяется путем нахождения точки вдоль стенки, в которой пограничный слой воздушного потока приближается к полностью разработанному профилю. В одном варианте осуществления, имеющем множество разъемов, разъемы расположены на расстоянии от примерно 5 гидравлических диаметров до примерно 10 гидравлических диаметров друг от друга.

Со ссылкой на фигуру 7, в альтернативном варианте осуществления один или несколько ребристых каналов в решетке ребер могут включать прерывистые синусоидальные волны. Графическое изображение ребра 30, имеющего канал 34 с прерывистой синусоидальной волной 32, показано на фиг. 7. Поток F вдоль стенки канала 34 перенаправляется синусоидальной волной 32 в поперечном направлении воздушного потока F. Волновая геометрия синусоидальной волны 32 предназначена для оптимизации рециркуляции всего канала после возмущения. Плоская ребристая стенка помещается между множеством волн 32 до тех пор, пока пограничный слой не нормализуется для уменьшения перепада давления. Синусоидальные волны 32 предпочтительно расположены на расстоянии от примерно 5 гидравлических диаметров до примерно 10 гидравлических диаметров друг от друга.

Со ссылкой на фиг. 8 и 9, в еще одном варианте осуществления раскрыты ребра 40 с заслонками. В этом варианте осуществления используются отверстия 42 между смежными каналами 44 оребрения. Отверстия могут иметь форму заслонки 46, расположенных под углом примерно от 1 до 30 градусов к направлению потока. На фигурах 8 и 9 представлены графические изображения отверстий 42 между соседними ребристыми каналами 44. Как видно на фиг. 8, отверстия 42 не составляют полностью стенку проточного канала. Хотя на фигурах 8 и 9 показано выравнивание между отверстиями в смежных каналах, такое выравнивание отсутствует в некоторых вариантах осуществления; скорее, в этих вариантах осуществления отверстие может быть альтернативно смещено. На фигуре 8 также показаны ребра 40 с заслонками, припаянные (или иным образом прикрепленные) к трубе 48, как это обычно бывает в случае газоохладителя с воздушным охлаждением (где пар или другая конденсируемая жидкость протекает через трубу 48). Следует отметить, что на фигурах 8 и 9 показаны заслонки в конфигурации “вниз по течению”. В этой конфигурации кончики заслонок направлены примерно в направлении потока от верхнего потока к нижнему. В варианте осуществления заслонки могут быть обращены вспять, чтобы указывать “внутрь” потока в направлении вверх по течению. Любая конфигурация может быть эффективно использована.

Инновации, раскрытые в настоящем документе, могут быть использованы в одном канале, комбинации каналов и/или объединены друг с другом для формирования новых и уникальных решеток ребер, которые улучшают теплообмен в различных геометриях труб, которые могут быть ограничены пространством и в противном случае иметь ограничения на способность преодолевать проблемы с перепадом давления. Еще одним преимуществом является снижение требований к материалам для решеток ребер, обеспечиваемое описанными здесь подходами.

На фиг. 10 и 11 показаны графики смоделированных данных, относящиеся к коэффициенту теплопередачи расщепленного ребра и прерывистой волны, соответственно, в зависимости от положения. Как показано на этих фигурах, теплопередача достигает максимума в месте разрывы потока и уменьшается по длине канала по мере восстановления пограничного слоя и постепенного уменьшения разницы в температуре между двумя жидкостями, воздухом и паром.

Теперь со ссылкой на фиг. 12 показано типичное применение газоохладителя с воздушным охлаждением с описанными улучшенными ребрами. Показанный газоохладитель с воздушным охлаждением, показанный на фиг. 12, имеет рамный тип с принудительной тягой. Генератор 52 электроэнергии приводится в действие паровой турбиной 54 с использованием пара 56. Отработавший пар 58, выпускаемый из паровой турбины 54, поступает в главный паровой канал 60 и распределительный коллектор 62, который распределяет пар в набор гаоохладителей с воздушным охлаждением, показан на фигуре 12. Пар проходит через стояки 64 , которые соединены для подачи пара в распространении заголовков 66 , который в свою очередь соединены для подачи пара в пучках 70 , которые включают в пара/конденсатные трубы (например, пароконденсатные трубы 48 показаны на фиг. 8) с ребрами (например, разделенные ребра 10 , как показано на фигурах 4-6; или ребра 30 с прерывистой синусоидальной волной 32 , как показано на фигуре 7; или ребра 40 с заслонками 46 , как показано на фигурах 8 и 9) припаяны или иным образом прикреплен к пароконденсатным трубам. Воздушная подвижная система 72, такая как вентилятор, управляет воздушным потоком через ламели из пучков 70 для охлаждения и конденсации пара в трубах в виде конденсата. На фигуре 12 далее показана надстройка газоохладителя, включающая вентиляторную платформу 74, поддерживаемую опорной конструкцией 76 и креплением 78, и конструкцию ветровой стенки 80 на вентиляторной платформе 74. В то время как показанный газоохладитель с воздушным охлаждением имеет каркасный тип с принудительной тягой A, раскрытые улучшенные ребра целесообразно использовать в сочетании с газоохладителями с воздушным охлаждением других типов, таких как газоохладитель с n-образной тягой V--образного типа, плоский газоохладитель или другие.

Изобретатели провели компьютерное моделирование производительности различных конструкций разделенных ребер 10 (фиг. 4, 6), ребер 30 с прерывистыми синусоидальными волнами 32 (фиг. 7) и ребер 40 с заслонками 46 (фиг. 8 и 9). В этих симуляциях ребра были смоделированы в виде прямоугольных каналов с прямоугольным размером

, являющимся высотой ребра (то есть расстоянием, на которое ребро проходит от пароконденсатной трубы, к которой оно припаяно), и размером

, представляющим собой расстояние между стенками ребра, определяющее канал воздушного потока. Используя гидравлический диаметр для прямоугольного канала, указанный в уравнении (2), это дает следующий гидравлический диаметр

для ребер:

(3)

В более общем случае, для воздушного проточного канала произвольного поперечного сечения размерами первое выражение в уравнении (3) имеет вид:

, где

- это площадь поперечного сечения воздушного потока канала и

- периметр поперечного сечения воздушного потока канала, и “L" длина трубного пучка (также обозначается как длина пучка 82 на фигуре 12). Моделирование проводилось для конструкции пучков 70, которые включали 11 ребер на дюйм. В ходе моделирования также моделировалась энергия (в лошадиных силах, которая связана с потерей давления в пучке) системы перемещения воздуха (например, вентилятора) 72 и длины трубы пучка 82. В дополнение к моделированию характеристик конструкций разделенных ребер 10, ребер 30 с прерывистыми синусоидальными волнами 32 и решетчатых ребер 40 было выполнено моделирование для моделирования характеристик обычных плоских ребер и непрерывных волнистых ребер. В результате моделирования был сделан вывод о том, что использование конструкции плоского ребра с прерывистой перфорацией, т. е. разделенных ребер 10, ребер 30 с прерывистыми синусоидальными волнами 32 и ребер 40 с заслонками, позволит уменьшить длину трубного пучка 82 примерно на 10% при умеренном увеличении энергопотребления вентилятора на 30% (в лошадиных силах). Экономия затрат при уменьшении длины пучка труб на 10% на порядок превышает стоимость вентилятора с более высокой энергией. С другой стороны, пучок с непрерывным волнистым ребром уменьшит длину пучка труб на 16%, но по цене на 700% увеличит потребление энергии, что является непомерно высоким.

Эти моделирования подтверждают механизм повышения производительности, раскрытый в настоящем документе, а именно, что использование в основном плоских ребер, но с прерывистыми разрывами потока, расположенными в точках, где пограничный слой нормализуется, может обеспечить желаемое повышение эффективности теплопередачи при незначительном увеличении перепада давления. Было обнаружено, что прерывистые разрывы потока в некоторых вариантах предпочтительно расположены на расстоянии от примерно 5 гидравлических диаметров до примерно 10 гидравлических диаметров друг от друга, чтобы оптимально сбалансировать эффективность теплопередачи (улучшенную прерывистыми разрывами потока) против перепада давления, создаваемого разрывами. Прерывистые разрывы потока могут быть разделителями 20 ребер (как в вариантах на фигурах 4-6), прерывистыми синусоидальными волнами 32 (как в варианте на фигуре 7), заслонки 46 (как в вариантах на фигурах 8 и 9) или, в более общем плане, любым другим типом прерывистого разрывы. Моделирование также показало, что размещение разрывов потока ближе к входу стороне ребра увеличивает теплообмен при минимальном дополнительном перепаде давления. Например, в некоторых вариантах не менее 70% от прерывистого потока прерываний расположены в пределах первой половины длины ребра L (то есть в полторы длины ребра ближе к входу стороне ребра). В некоторых других вариантах осуществления, не предусматривающих ограничения, по меньшей мере 80% прерывистых прерываний потока расположены в пределах первой трети длины ребра L (то есть в пределах первой трети длины ребра, которая ближе всего к входной стороне ребра).

Следует отметить, что термин “плоское ребро” используется здесь в его обычном значении в данной области техники, т.е. ребро, которое направляет воздушный поток главным образом по одному плоскому каналу. В плоском сечении ребра стенки проточного канала, определяющие канал воздушного потока, могут иметь некоторые отклонения от геометрически идеальной плоской формы, например, из-за непреднамеренных изменений, вызванных производством, углублениями, кривизной стенок или так далее. Такие несовершенства, как правило, не оказывают существенного влияния на поток воздуха и, следовательно, считаются “плоскими” сечениями ребер, как используется здесь данный термин. Аналогично, термин “прерывистое прерывание потока”, используемый здесь, является преднамеренной (т. е. конструктивной) модификацией ребристой стенки или разделения ребра, достаточной для разрыва воздушного потока, как описано здесь. Следовательно, непреднамеренные изменения, вызванные производством, впадины, кривизна стенок и т.д. не считаются “прерывистыми разрывами потока”, как используемый здесь термин.

Были описаны показанные варианты осуществления, включая предпочтительные варианты осуществления. Хотя конкретные варианты осуществления были показаны и подробно описаны для иллюстрации применения и принципов изобретения и способов, будет понятно, что не предполагается, что настоящее изобретение ограничивается этим и что изобретение может быть воплощено иным образом без отступления от таких принципов. В некоторых вариантах осуществления изобретения некоторые признаки изобретения иногда могут быть использованы с пользой без соответствующего использования других признаков. Соответственно, все такие изменения и варианты осуществления должным образом подпадают под объем охраны следующих пунктов формулы изобретения. Очевидно, что изменения и дополнения могут быть сделаны после прочтения и понимания предыдущего подробного описания. Предполагается, что настоящее раскрытие будет истолковано как включающее все такие изменения и дополнения, в той мере, в какой они подпадают под объем охраны совокупности признаков прилагаемой формулы или их эквивалентов.

Claims (24)

1. Газоохладитель с воздушным охлаждением, содержащий:

пароконденсатные трубы;

ребра, прикрепленные к пароконденсатным трубам;

в котором ребра содержат стенки проточного канала, определяющие параллельный канал воздушного потока, стенки проточного канала, включающие плоские участки, разделенные прерывистыми разрывами потока, которые расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала воздушного потока;

при этом прерывистые разрывы потока определяются стенками проточного канала,

при этом прерывистые разрывы потока расположены на расстоянии от 5 гидравлических диаметров до 10 гидравлических диаметров друг от друга вдоль канала воздушного потока,

при этом каналы воздушного потока имеют прямоугольную форму с гидравлическим диаметром,

каждого канала воздушного потока составляет:

где

– высота ребра, а

– расстояние между стенками ребра, определяющее каждый канал воздушного потока.

2. Газоохладитель воздушного охлаждения, содержащий:

пароконденсатные трубы;

ребра, прикрепленные к пароконденсатным трубам;

в котором ребра содержат стенки проточного канала, определяющие параллельный канал воздушного потока, стенки проточного канала, включающие плоские участки, разделенные прерывистыми разрывами потока, которые расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала воздушного потока;

при этом прерывистые разрывы потока определяются стенками проточного канала;

при этом каналы воздушного потока имеют прямоугольную форму с гидравлическим диаметром,

каждого канала воздушного потока составляет:

Где

– высота ребра, а

– расстояние между стенками ребра, определяющее каждый канал воздушного потока,

при этом прерывистые разрывы потока расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала воздушного потока по меньшей мере на 5 гидравлических диаметров.

3. Газоохладитель с воздушным охлаждением, содержащий:

пароконденсатные трубы;

ребра, прикрепленные к пароконденсатным трубам;

в котором ребра содержат стенки проточного канала, определяющие параллельный канал воздушного потока, стенки проточного канала, включающие плоские участки, разделенные прерывистыми разрывами потока, которые расположены на расстоянии друг от друга вдоль канала воздушного потока;

при этом прерывистые разрывы потока определяются стенками проточного канала;

в котором по меньшей мере 70% прерывистых разделов потока расположены в пределах первой половины длины ребер, ближайших к входу воздушного потока ребер.

Images