SU1698614A1 - High-temperature heat exchange pipe - Google Patents

High-temperature heat exchange pipe Download PDF

Info

Publication number
SU1698614A1
SU1698614A1 SU894756709A SU4756709A SU1698614A1 SU 1698614 A1 SU1698614 A1 SU 1698614A1 SU 894756709 A SU894756709 A SU 894756709A SU 4756709 A SU4756709 A SU 4756709A SU 1698614 A1 SU1698614 A1 SU 1698614A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
pipe
balls
heat exchange
heat
exchange pipe
Prior art date
Application number
SU894756709A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Владимирович Сударев
Владимир Борисович Сударев
Сергей Леонидович Деменок
Валерий Викторович Медведев
Original Assignee
Ленинградский Кораблестроительный Институт
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 Ленинградский Кораблестроительный Институт filed Critical Ленинградский Кораблестроительный Институт
Priority to SU894756709A priority Critical patent/SU1698614A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1698614A1 publication Critical patent/SU1698614A1/en

Links

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относитс  к теплоэнергетике и может быть использовано в энергетических установках с высокотемпературным теплоносителем. Цель изобретени  - повышение эксплуатационной надежности и уменьшение габаритов. Теплообменна  труба 1 содержит неподвижную засыпку шаров 2 одинакового диаметра, размещенную между проницаемыми пластинами 3 и 4. Диаметр шаров 2 составл ет 0,15-0,25 внутреннего диаметра трубы. 2 ил,The invention relates to a power system and can be used in power plants with high-temperature coolant. The purpose of the invention is to increase the operational reliability and reduce the size. The heat exchange pipe 1 contains a fixed bed of balls 2 of the same diameter, placed between the permeable plates 3 and 4. The diameter of the balls 2 is 0.15-0.25 of the internal diameter of the pipe. 2 or

Description

Изобретение относитс  к теплоэнергетике и может быть использовано в транспор- тных энергетических установках, преимущественно с высокотемпературным теплоносителем.The invention relates to a power system and can be used in transport power plants, mainly with high-temperature coolant.

Известные теплообменные трубы с ин- тенсификаторами теплообмена, выполненными в виде неподвижной плотной засыпки шаров.Known heat exchange tubes with heat exchange intensifiers made in the form of a fixed dense filling of balls.

При работе теплоноситель течет между частицами засыпки параллельно стенкам. Интенсивность теплосъема с поверхности трубы возрастает вследствие увеличени  скорости движени  теплоносител  вблизи стенки трубы, с одной стороны, и благодар  теплопроводности между стенкой и засыпкой шаров, с другой стороны. Эффективность теплообменных труб с агаровым заполнением обеспечивает целесообразность их использовани  в компактных транспортных теплообменниках.During operation, the coolant flows between the particles of the filling parallel to the walls. The intensity of heat removal from the pipe surface increases due to an increase in the velocity of the coolant near the pipe wall, on the one hand, and due to the heat conduction between the wall and the backfill of the balls, on the other hand. The efficiency of heat exchanging tubes with agar filling ensures the expediency of their use in compact transport heat exchangers.

В известной тзплообменной трубе диаметры шаров засыпки меньше диаметра трубы D настолько, что засыпку можно рассматривать , как квазигомогенную систему (d/D ). Однако теплогидравлическа  эффективность таких засыпок невелика. В таблице приведены отношени  факторов аналогии Рейнольдса (г а/А Р, а - коэффициент теплоотдачи от стенки тепло- обменной трубы; Д Р - перепад давлений на входе и выходе из трубы дл  различных значений d/D, отнесенных к фактору аналогии Рейнольдса г0 при d/D .In the well-known pipe pipe, the diameters of the balls of the backfill are less than the diameter of the pipe D so that the backfill can be considered as a quasi-homogeneous system (d / D). However, the thermo-hydraulic efficiency of such backfill is low. The table shows the relations of the Reynolds analogy factors (g a / A P, a is the heat transfer coefficient from the wall of the heat exchange pipe; D P is the pressure drop at the inlet and outlet of the pipe for various values of d / D related to the Reynolds r0 analogy factor d / d.

Из таблицы видно, что теплогидравлическа  эффективность теплообменных труб растет с увеличением отношени  d/D. Более того, при d/D 0:15 с уменьшением величины d/D коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к теплоносителю падает. В шарах, размещенных вблизи стенки, наблюдаетс  градиент температур, который при больших температурных напорах порождает большие термические напр жени , способные вызвать разрушение шаров и, следовательно, потерю работоспособности теплообменной трубы. Все это снижает эффективность и надежность известной тепло- обменной трубы.From the table it can be seen that the heat-hydraulic efficiency of the heat exchange tubes increases with an increase in the d / D ratio. Moreover, when d / D 0:15 with a decrease in d / D, the heat transfer coefficient from the pipe wall to the coolant drops. In balls located near the wall, a temperature gradient is observed, which, at high temperature pressures, generates large thermal stresses that can cause the balls to collapse and, consequently, the loss of efficiency of the heat exchanger tube. All this reduces the efficiency and reliability of the known heat exchange pipe.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению  вл  fThe closest to the technical nature of the present invention, the state f

fefe

ОABOUT

юYu

0000

сьis smiling

етс  теплообменна  труба, содержаща  засыпку из шаров, диаметр которых несколько больше радиуса трубы (d/D Ј0,5).A heat exchange tube containing a charge of balls whose diameter is slightly larger than the radius of the tube (d / D Ј 0.5).

При работе теплоноситель течет между шарами параллельно стенке трубы. Шары турбулизируют поток теплоносител , вытесн ют его к стенке трубы, за счет чего увеличиваетс  интенсивность теплосъема с поверхности трубы. Увеличение величины d/D до 0,5 и более позвол ет повысить теп- логидравлическую эффективность шаровой засыпки (см. таблицу). Однако при движении по теплообменной трубе высокотемпературного теплоносител  шары наход тс  в области высоких градиентов температур, обуславливающих термические напр жени , способные вызвать разрушение шаров и потерю работоспособности теплообменной трубы. Кроме того, при d/D 0,15 с увеличением величины d/D коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к теплоносителю падает, что приводит к необходимости увеличени  длины трубы при заданных ее диаметре и тепловом потоке. Указанные особенности снижают надежность и увеличивают габариты известной теплообменной трубы.During operation, the coolant flows between the balls parallel to the pipe wall. The balls turbulent the flow of coolant, displace it to the pipe wall, thereby increasing the intensity of heat removal from the pipe surface. Increasing the d / D value to 0.5 or more permits an increase in the thermal-hydraulic efficiency of the ball fill (see table). However, when moving along a heat exchange tube of a high-temperature heat carrier, the balls are in the region of high temperature gradients causing thermal stresses that can cause the balls to collapse and the heat exchange tube to lose its functionality. In addition, at d / D of 0.15 with an increase in the value of d / D, the heat transfer coefficient from the pipe wall to the coolant decreases, which leads to the need to increase the length of the pipe for a given diameter and heat flux. These features reduce the reliability and increase the dimensions of the well-known heat exchange tube.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности работы и компактности теп- лообменной трубы за счет выбора оптимального соотношени  между диаметрами трубы и шаров засыпки.The aim of the invention is to increase the reliability of operation and compactness of the heat exchange pipe by choosing the optimal ratio between the diameters of the pipe and the backfill balls.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в теплообменной трубе диаметром D, содержащей неподвижную засыпку шаров одинакового диаметра d, размещенную между проницаемыми пластинами (сетками), согласно изобретению диаметр шара засыпки определ етс  из соотношени  d/D 0,2± ±0,05.This goal is achieved by the fact that in a heat exchange pipe of diameter D containing a fixed bed of balls of the same diameter d placed between permeable plates (grids), according to the invention, the diameter of the ball of backfill is determined from the ratio d / D 0.2 ± ± 0.05.

В такой теплообменной трубе теплоноситель омывает шары, турбулизируетс , вытесн етс  шарами к стенке и движетс  возле нее с большей скоростью, чем в центре трубы, вследствие увеличени  локальной поразности шаровой засыпки. Все это обуславливает рост интенсивности тепло- съема с поверхности трубы. При движении в трубе высокотемпературного теплоносител  целесообразно примен ть керамические или стальные шары, дл  которых зависимость безразмерного коэффициента теплоотдачи а а/Оо (индекс О, как и выше, относитс  к засыпке с d/D - 0) от отношени  d/D, полученна  на основе опытов , приведена на фиг. 2а. Из фиг. 2а видно, что максимум теплосъема достигаетс  при d/D - 0,15. Величина градиента температур достигаетс  в трубе, заполненной шарами,In such a heat exchange tube, the coolant washes the balls, turbulence, is displaced by the balls to the wall and moves near it with greater speed than in the center of the pipe, due to an increase in the local difference of the ball backfill. All this causes an increase in the intensity of heat removal from the pipe surface. When moving in a high-temperature heat transfer pipe, it is advisable to use ceramic or steel balls, for which the dependence of the dimensionless heat transfer coefficient aa / Oo (O index, as above, refers to backfill with d / D - 0) on the ratio d / D obtained by The basis of the experiments is shown in FIG. 2a From FIG. 2a, it can be seen that the maximum heat output is reached at d / D = 0.15. The magnitude of the temperature gradient is reached in a tube filled with balls

обратно пропорциональна эффективному коэффициенту теплопроводности Аэф. На основе опытных данных дл  стальных и керамических шаров, размещенных в трубе,inversely proportional to the effective thermal conductivity coefficient Aeff. Based on the experimental data for steel and ceramic balls placed in a pipe,

вы влена зависимость безразмерной величины эффективного коэффициента теплопроводности Дэф/Аэф0 от отношени  d/D. Эта зависимость приведена на фиг. 26. Из фиг. 26 видно, что максимальное значение эффективного коэффициента теплопроводности достигаетс  при d/D 0,2. Величина а Дэф характеризует отношение термического сопротивлени  сло  шаров к термическому сопротивлению пристеннойThe dependence of the dimensionless value of the effective thermal conductivity Deff / Aeff0 on the ratio d / D was found. This relationship is shown in FIG. 26. Of FIG. 26 that the maximum value of the effective thermal conductivity coefficient is reached at d / D 0.2. The value of a Def describes the ratio of the thermal resistance of a layer of balls to the thermal resistance of the wall

зоны. На основе уже приведенных данных получена зависимость а /Аэф от d/D она приведена на фиг. 2в. Из фиг. 2в видно, что отношение и//эф минимально при d/D 0,2±0,05. Наибольший теплосъем в этомzone. Based on the data already presented, the dependence of a / Aeff on d / D is obtained. It is shown in FIG. 2c. From FIG. 2c that the ratio and // eff is minimal at d / D 0.2 ± 0.05. The greatest heat removal in this

случае достигаетс  при наименьшем градиенте температур в шаровой засыпке. При фиксированном диаметре тепловой трубы и тепловом потоке длину трубы можно уменьшить почти на 30%, а градиент температурThis is achieved with the lowest temperature gradient in the ball bed. With a fixed diameter of the heat pipe and heat flux, the length of the pipe can be reduced by almost 30%, and the temperature gradient

в шаровой засыпке более чем в б раз. При значени х d/D 0,15 резко снижаетс  эффективна  теплопроводность шаровой засыпки , а при d/D 0,25 - коэффициент теплоотдачи стенки трубы, что снижает надежность и увеличивает габариты высокотемпературной теплообменной трубы.in ball fill more than b times. At d / D values of 0.15, the thermal conductivity of the ball fill decreases sharply, and at d / D 0.25, the heat transfer coefficient of the pipe wall decreases, which reduces reliability and increases the dimensions of the high-temperature heat exchange pipe.

Таким образом, на основе известных опытных данных получено новое неизвестное ранее соотношение между диаметромThus, based on the known experimental data, a new previously unknown relationship between the diameter

тепловой трубы и диаметрами засыпанных в нее шаров, позвол ющее получить новое свойство: увеличить теплосъем с поверхности высокотемпературной трубы при одновременном градиенте температур и,the heat pipe and the diameters of the balls poured into it, which allows to obtain a new property: to increase the heat removal from the surface of the high-temperature pipe with a simultaneous temperature gradient and,

следовательно, термических напр жений в шаровой засыпке.consequently, thermal stresses in ball filling.

На фиг. 1 показан продольный разрез теплообменной трубы с шаровой засыпкой.FIG. 1 shows a longitudinal section of a heat exchanger tube with ball filling.

Теплообменна  труба 1 содержит неподвижную засыпку шаровых элементов 2, размещенную между проницаемыми пластинами (сетками) 3, 4.The heat exchange tube 1 contains a fixed bed of ball elements 2, placed between the permeable plates (grids) 3, 4.

При работе теплоноситель через сетку 3During the work the heat carrier through a grid 3

поступает в теплообменную трубу 1, обтекает шаровые элементы 2, обеспечивает требуемый теплосъем со стенок трубы 1 и удал етс  через сетку 4 из теплообменной трубы.enters the heat exchange tube 1, flows around the spherical elements 2, provides the required heat removal from the walls of the tube 1 and is removed through the mesh 4 from the heat exchange tube.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом позвол ет уменьшить градиент температур и термические напр жени  в шаровой засыпке, габаритыThe proposed solution in comparison with the prototype allows to reduce the temperature gradient and thermal stresses in the ball bed, the dimensions

теплообменной трубы за счет увеличени  эффективного коэффициента теплопроводности засыпки шаров и коэффициента теплоотдачи на стенке трубы путем выбора оптимального соотношени  диаметров трубы и шаров и тем самым сделать высокотемпературную теплообменную трубу компактной и более надежной в работе.heat exchange pipe by increasing the effective thermal conductivity of the filling of the balls and the heat transfer coefficient on the pipe wall by choosing the optimal ratio of the diameters of the pipe and the balls and thus making the high-temperature heat-exchange pipe compact and more reliable in operation.

00

Claims (1)

Формула изобретени  Высокотемпературна  теплообменна  труба, содержаща  неподвижную засыпку шаров одинакового диаметра, размещенную между проницаемыми пластинами, о т- личающа с  тем, что, с целью повышени  эксплуатационной надежности и уменьшени  габаритов , диаметр шаров засыпки составл ет 0,15 - 0,25 внутреннего диаметра трубы.Claims of Invention A high-temperature heat exchange tube comprising a fixed bed of balls of the same diameter, placed between permeable plates, which means that, in order to increase operational reliability and reduce the size, the balls of the backfill ball are 0.15 to 0.25 of internal diameter pipes. Ъ ЕТ N Н Jj H HJSЪ ЕТ N Н Jj H HJS /, . s. . S. S-V ///, s. . S. S-V // II лЖЖЮLJ I I Q,ZQ, Z О 0,1 Oft 0,5 0,4.About 0.1 Oft 0.5 0.4. фиг..Јfig..Ј d/J)d / j)
SU894756709A 1989-11-04 1989-11-04 High-temperature heat exchange pipe SU1698614A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894756709A SU1698614A1 (en) 1989-11-04 1989-11-04 High-temperature heat exchange pipe

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894756709A SU1698614A1 (en) 1989-11-04 1989-11-04 High-temperature heat exchange pipe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1698614A1 true SU1698614A1 (en) 1991-12-15

Family

ID=21478340

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894756709A SU1698614A1 (en) 1989-11-04 1989-11-04 High-temperature heat exchange pipe

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1698614A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113899237A (en) * 2021-11-10 2022-01-07 哈尔滨工程大学 Reinforced heat exchange tube adopting hollow structure ball bed
CN113899236A (en) * 2021-11-10 2022-01-07 哈尔滨工程大学 Micro-rib heat exchange tube filled with spherical particles

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Патент US Nk 3921711. кл. F28F 13/12, 1975. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113899237A (en) * 2021-11-10 2022-01-07 哈尔滨工程大学 Reinforced heat exchange tube adopting hollow structure ball bed
CN113899236A (en) * 2021-11-10 2022-01-07 哈尔滨工程大学 Micro-rib heat exchange tube filled with spherical particles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chiou Experimental investigation of the augmentation of forced convection heat transfer in a circular tube using spiral spring inserts
SU1698614A1 (en) High-temperature heat exchange pipe
Marto et al. Film condensation of steam on horizontal finned tubes: Effect of fin shape
CN111397414A (en) Loop heat pipe heat accumulator
SU1719875A1 (en) Heat exchange tube
RU219424U1 (en) LIQUID HEAT EXCHANGER
SU1749684A1 (en) Heat exchanger
SU842381A1 (en) Heat exchange apparatus with intermediate cooling agent fluidised bed
Xu et al. An experimental study on a straight-channel printed circuit heat exchanger for supercritical CO2 power cycle applications
Hsieh et al. Heat transfer coefficients of double pipe heat exchanger with helical type roughened surface
SU557251A1 (en) Spiral heat exchanger
RU2095720C1 (en) High-temperature heat-exchange tube
Yoshii Transient testing technique for heat exchanger fin surfaces(Heat transfer characteristics of air conditioner finned tube heat exchanger surfaces from steady state heat balance, monitoring fluid temperature response at outlet)
SU821897A1 (en) Tube-in-tube heat exchanging element
JPS5697788A (en) Heat exchanger for high-pressure fluid
CN2109540U (en) Low boiling point in-tube boiling heat exchanger
SU1726954A1 (en) Tubular spiral exchanger
Kreith Discussion:“Heat Transfer and Pressure Drop in an Annular Gap With Surface Spoilers”(Kemeny, GA, and Cyphers, JA, 1961, ASME J. Heat Transfer, 83, pp. 189–197)
Yuan et al. Experimental study on heat transfer of plate pulsating heat pipe with channels of different diameters at the evaporating and condensation ends and channels connected at the evaporating end
Kim et al. Analytical and experimental studies of compact wire-screen heat exchangers
SU1020745A1 (en) Heat-exchange apparatus
RU2037119C1 (en) Heat exchanging member
SU909564A1 (en) Method of heat-exchange intensification in tubular heat-exchanger
SU985639A1 (en) Vortex pipe
SU589510A1 (en) Vortex pipe