SU1733899A1 - Теплообменна труба - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к теплообмен- ным аппаратам. Целью изобретени   вл етс  повышение энергетической эффективности теплообменной трубы путем снижени  гидравлического сопротивлени  течению теплоносител  за счет заданного профилировани  стенки  чейки с центральными отверсти ми дл  вхо,ьа и выхода теплоносител , внутри которой размещен шаровой элемент, зависающий под воздействием струи. При оптимальном профилировании стенок  чеек отсутствуют застойные вихревые зоны, что снижает гидравлическое сопротивление . 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к теплообмен- ным аппаратам и может быть использовано в транспортных энергетических установках.

Известна теплообменна  труба, содержаща  неподвижную засыпку из шаров, диаметр которых несколько больше радиуса трубы. 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.

Однако наличие точек контакта между соседними шарами и со стенками трубы приводит к образованию в этих местах застойных вихревых зон, которые с одной стороны ухудшают интенсивность теплосъема, с другой - увеличивают гидравлическое сопротивление теплообменной трубы. Все это приводит к тому, что энергетическа  эффективность известной теплообменной трубы невысока.

Наиболее близкой к предлагаемому  вл етс  теплообменна  труба, содержаща  по крайней мере одну  чейку с центральными отверсти ми дл  входа и выхода теплоносител , внутри которой размещен шаро- врй элемент, диаметр которого меньше диаметра трубы, но больше диаметра отверстий дл  входа и выхода теплоносител .

При работе известного устройства теплоноситель , движущийс  во внутренней полости теплообменной трубы, в виде струи вытекает из отверсти  дл  входа теплоносител  и омывает размещенный в  чейке шаровой элемент. Под воздействием струи теплоносител  шаровой элемент зависает в струе на некотором рассто нии от отверсти  дл  входа теплоносител , хаотически вращаетс , не каса сь стенок  чейки трубы (находитс  в состо нии левитации). Шаровой элемент турбулизирует пристенный слой теплоносител , при этом отсутствуют точки контакта шаровых элементов как между собой, так и со стенками теплообменной трубы, что устран ет зоны вблизи этих точек , где интенсивность теплообмена невелика , а возникающее в указанных зонах гидравлическое сопротивление течению

со

с

VI GJ СО 00 Ч)

ю

теплоносител  велико. Все это позвол ет повысить энергетическую эффективность теплообменник аппаратов.

Однако в известном устройстве  чейка образована цилиндрической проставкой и диафрагмами, а это приводит к тому, что при течении теплоносител  в местах соприкосновени  проставки с диафрагмами образуютс  застойные вихревые зоны, снижающие интенсивность теплообмена и увеличивающее гидравлическое сопротивление течению теплоносител . Поэтому энергетическа  эффективность известной теплообменной трубы невысока.

Целью изобретени   вл етс  повышение энергетической эффективности теплообменной трубы путем снижени  гидравлического сопротивлени  течению теплоносител .

Указанна  цель достигаетс  тем, что в теплообменной трубе, содержащей, по крайней мере, одну  чейку с центральными отверсти ми дл  входа и выхода теплоносител , внутри которой размещен шаровой элемент диаметром, меньшим диаметра трубы, но большим диаметра отверстий дл  входа и выхода теплоносител , стенка  чейки спрофилирована по закону:

, ,

. 3 4

(1)

р.- (D/df-1 (D/d) sin2 в

г - величина радиус-вектора от центра  чейки до внутренней поверхности канала;

0 угол между радиус-векторов и осью канала:

D - диаметр трубы;

d - диаметр шарового элемента.

В  чейке у входного и выходного отверсти  могут быть расположены по меньшей мере по одному выступу.

Предлагаемое изобретение основываетс  на возможности обеспечить безвихревое обтекание шара, если ограничивающие его поверхности будут совпадать с лини ми тока, удовлетвор ющими услови м потенциального течени . Така  лини  тока представлена авторами в форме кубического уравнени  следующего вида:

(т)3+р(

о.

(2)

Применительно к рассматриваемой задаче (D/d 1} физический смысл имеет одно действительное решение ( Т 0), которое выражено формулой (1).

Такое выполнение теплообменной трубы позвол ет на рабочем режиме (когда шаровые элементы наход тс  в состо нии левитации), устранить застойные вихревые

зоны в  чейках, что резко снижает гидравлическое сопротивление течению теплоносител , Поэтому энергетическа  эффективность в предлагаемом техническом решении высока.

0 Наличие выступов у входного и выходного отверстий  чейки (которые могут быть выполнены в виде ребер) не приведет к сколько-нибудь заметному повышению гидравлического сопротивлени , но позволит

5 устранить возможность запирани  шаровым элементом входного или выходного отверсти   чейки в тех случа х, когда расход теплоносител  недостаточен дл  обеспечени  левитации шарового элемента, т.е. на

0 частичных режимах работы, которые характерны , например, дл  транспортных энергетических установок

На чертеже изображена теплообменна  труба, продольный разрез.

5 Теплообменна  труба содержит, по крайней мере, одну  чейку 1 с центральными отверсти ми дл  входа 2 и выхода 3 теплоносител . В  чейке 1 размещен шаровой элемент 4, а стенка 5  чейки спрофилирова0 на по закону, описанному формулой 1. У отверстий 2 и 3 расположены выступы 6.

Устройство работает следующим образом .

При работе теплоноситель поступает в

5  чейку 1 в виде струи, вытекающей из отверсти  дл  входа теплоносител  2 и натекающей на размещенный в  чейке 1 шаровой элемент 4. Под воздействием струи теплоносител  шаровой элемент 4 зависает в

0 струе на некотором рассто нии от отверсти  2, хаотически вращаетс , не каса сь стенок 5  чейки 1 (находитс  в состо нии левитации). Благодар  левитации шарового элемента 4 и профилированию стенки 5

5  чейки 1 по закону, описанному формулой (1), в  чейке 1 отсутствуют застойные вихревые зоны, что снижает гидравлическое сопротивление течению теплоносител  и тем самым обеспечивает высокую энергетиче0 скую эффективность теплообменной трубы. Отработавший теплоноситель удал етс  из  чейки 1 через отверстие 3. Выступы б позвол ют использовать теплообменную трубу на долевых (Частичных) режимах работы,

5 когда расход теплоносител  не достаточен дл  обеспечени  левитации шаровых элементов 4 и они могут загромождать отверсти  2 или 3, увеличива  затраты энергии на прокачку теплоносител . Выступы 6 преп тствуют на этих режимах загромождению отверстий 2 или 3, что обеспечивает возможность эффективно использовать теплооб- менную трубу в транспортных энергетических установках.

Claims (2)

1. Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позвол ет полностью устранить застойные вихревые зоны в  чейках теплообменной трубы, что резко снижает затраты энергии на прокачку теплоносител , повышает интенсивность теплообмена и тем самым повышает энергетическую эффективность теплообменной трубы. Формула изобретени  1. Теплообменна  труба, содержаща , по крайней мере, одну  чейку с центральными отверсти ми дл  входа и выхода теплоносител , внутри которой размещен шаровой элемент диаметром, меньшим диаметра трубы, но большим диаметра отверстий дл  входа и выхода теплоносител , о т- личающа с  тем, что, с целью повышени  энергетической эффективности путем

   снижени  гидравлического сопротивлени  течению теплоносител , стенка  чейки спрофилирована по закону:

   (D/d) sin2 в

   г - величина радиус-вектора от центра  чейки до внутренней поверхности канала:

   #- угол между радиус-вектором и осью канала;

   Cf и d - диаметры трубы и шарового элемента соответственно.
2. 2. Труба по п. 1,отличающа с  тем, что у входного и выходного отверстий  чейки расположено по меньшей мере по одному выступу.