SU1761248A1 - Турбулизатор - Google Patents

Abstract

Использование: получение интенсивной турбулентности в омывающем стенку жидкостном или газовом потоке в аппаратах химических производств. Сущность изобретени : тонкостенное тело 1 с выполненными на нем чередующими в шахматном пор дке выступами 4 и впадинами 5 в виде наклонных к направлению потока удлиненных канавок с плоскими гран ми 6 и 7 и пр молинейными кромками 8. Впадины с внутренней стороны тела образуют р д полых лопаток. Тонкостенное тело 1 выполнено трубчатым. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Ё

Изобретение относитс  к гидравлике, предназначено дл  получени  интенсивной турбулентности в омывающем стенку газовом или жидкостном потоке с целью увеличени  тепломассообмена в аппаратах химических производств дл  интенсификации поверхностных каталитических процессов , в трубчатых теплообменниках, смесител х эмульсий и суспензий.

Известны турбулизаторы, содержащие установленный в потоке жидкости или газа набор плохообтекаемых тел. Такой турбули- затор создает интенсивное турбулентное поле, однако имеет очень высокое гидросопротивление в то врем , как дл чинтенсификации поверхностных процессов достаточно организовать турбулентность в пристенном слое потока.

Известен турбулизатор в виде выполненных на стенке шероховатостей, выштам- повок и канавок различной формы. Он повышает турбулентность в пограничном

слое, однако ввиду неупор доченности вихрей они быстро диссипируют в спутном потоке , ввиду чего их воздействие на тепломассоперенос невелико и определ етс  в основном увеличением омываемой поверхности .

Известен турбулизатор, содержащий тонкостенное трубчатое тело с выполненными на нем чередующимс  в шахматном пор дке выступами и впадинами, ширина которых уменьшаетс  к вершинам выступов и глубине впадин. Этот турбулизатор технологичен и обеспечивает повышение тепло- массопереноса вблизи стенки, не затрагива  непосредственно основной поток . Он наиболее близок к предложенному по своей технической сущности и большинству общих существенных признаков. Выбираем его в качестве прототипа изобретени .

Недостатки известного турбулизатора состо т в неорганизованном, хаотичном

XI

О

ю

|

JOO

турбулентном течении у стенки, вызванном обтеканием выступов, отрывом потока за ними, следствием чего  вл етс  повышенное его гидросопротивление омывающему потоку.

Целью изобретени   вл етс  обеспечение опережающего роста тепломассообмена по сравнению с гидросопротивлением омываемого участка тонкостенного тела. Это происходит за счет организации семейства спиральных вихревых шнуров, по которому основной поток течет как по роликовым подшипникам.

Эта цель в преложенном устройстве обеспечиваетс  тем, что при выполнении турбулизатора в виде тонкостенного тела с выполненными на нем чередующимис  в шахматном пор дке выступами и впадинами , ширина которых уменьшаетс  к вершинам выступов и глубина впадин, впадины выполнены в виде наклонных к направлению потока удлиненных отрезков канавок с пр молинейной кромкой при вершине, образующих с внутренней стороны тонкостенного тела р д полых лопаток, а также тем, что при выполнении тонкостенного тела трубчатым, грани выступов и впадин выполнены плоскими.

На фиг.1 представлен внешний вид турбулизатора в виде трубы, на фиг,2 - его поперечное сечение; на фиг.З - продольный разрез тонкостенного трубчатого тела и схема обтекани  выступов жидкостью; нафиг.4 - вид варианта турбулизатора с плоскими гран ми выступов и впадин; на фиг.5 - поперечное сечение трубчатого варианта турбулизатора с плоскими гран ми, имеющего плоскую развертку.

Турбулизатор (фиг.1, 2) содержит тонкостенное трубчатое тело 1 с выходным патрубком 2 и выходным патрубком 3, с выполненными на его внешней поверхности чередующимис  в шахматном пор дке выступами 4 и впадинами 5, образованными гран ми 6 и 7, На внутренней стороне трубы 1 выступы 4 и впадины 5 образуют впадины 8 и выступы 9, образующие полые завихри- вающие лопатки 10 с пр молинейными кромками 11 и плоскими гран ми 12 и 13, расположенными под острым углом к направлению жидкостного потока (фиг.З). В пределе, при плотном размещении выступов 4 и впадин 5 возможно формирование тела 1 сплошь из чередующихс  в шахматном пор дке плоскогранных выступов 4 и впадин 5 (фиг.4), образующих гофрированную стенку, развертка которой представл ет часть плоскости, т.е. дл  изготовлени  такой поверхности можно использовать плоский лист и с помощью лишь изгибной

деформации, без выт жки получать гофрированную поверхность турбулизатора. Глубина впадин 5 и 8 может быть различной в зависимости от назначени  турбулизатора.

Дл  трубок каталитической насадки, где нужна поверхностна  турбулизаци , глубина впадин 5 и 8 может составить всего 1,5...2,5% от эквивалентного гидравлического диаметра dr трубок насадки, дл  трубчатых теплообменников - 0,3...0,8dr. Угол наклона пр молинейных кромок 10 выступов 9 к направлению потока определ етс  областью применени  турбулизатора. Дл  создани  интенсивной общей завихренности , например, в реакционном аппарате химической технологии, оптимальным  вл етс  диапазон а 30...60° к направлению потока, в то врем  как в каталитических насадках о. 55,..78°, а в теплообменниках

25...45°.

Форма поверхности тонкостенного тела 1 турбулизатора определ етс  также осо- бенност ми его применени . При использовании в трубчатых теплообменниках тело 1 может быть тонкостенной трубой круглого, эллиптического или пр моугольного сечени ;при использовании изобретени  в каталитических насадках тело 1 может быть кольцеобразным, например коническим .

Предложенна  форма выполнени  турбулизатора может быть выполнена как элемент конструкции теплоэнергетического агрегата (камеры сгорани , теплообменника , реакционного аппарата химической технологии ).

При подаче жидкости или газообразного рабочего тела к патрубку 2 поток обтекает выступы 9 и образует за кромками 11 лопаток 10 примыкающие к гран м 12 вихревые шнуры 14, стекающие ввиду наклона кромок 11 к направлению потока вдоль стенок трубчатого тела 1. Кроме того, поток вдоль стенок получает и общую подкрутку в сторону

наклона образованных выступами 9 лопаток 10. Последовательность чередующихс  выступов 9 образуют и последовательность спиральных вихревых шнуров 14, обтекающих всю внутреннюю поверхность тела 1, по

которым основной поток как бы перекатываетс , как на гидродинамических роликовых подшипниках. Массообмен между пристенком и потоком возрастает за счет вихревого течени , а гидравлические потери снижаютс  за счет отсутстви  нерегул рных отрывов потока, локальных зон с большими градиентами потока.

Аналогично происходит обтекание и внешней поверхности тела 1. Форма спиральных отрезков впадин 5 и выступами 4 такова, что обтекающий их поток может быть не только продольным, параллельным оси трубчатого тела 2, но и поперечным, например при обтекании пучков теплооб- менныхтруб. Кроме повышени  теплообмен- ных качеств турбулизатор имеет существенно большую эластичность, позвол ет сгибать, удлин ть и укорачивать его без возникновени  в материале опасных напр жений при значительных деформаци х. Это обсто тельство повышает надежность реакционных и теплообменных аппаратов, в которых применен предложенный турбулизатор. Наличие на поверхности турбулизатора полых хордаль- ных лопаток, образованных выступами 4 и 5, предотвращает его засорение при использовании загр зненных жидкостей, содержащих крупные волокнистые включени , что неизбежно при использовании лопаточных за- вихрителей.

J

Фиг 1

Claims (1)

1.Турбулизатор, содержащий тонкостенное тело с выполненными на нем чередующимис  в шахматном пор дке выступами и впадинами, ширина которых уменьшаетс  к вершинам выступов и глубине впадин, отличающийс  тем, что, с целью опережающего повышени  интенсивности тепломассопереноса между поверхностью стенки и омывающим ее потоком по сравнению с гидросопротивлением , впадины выполнены в виде наклонных к направлению потока удлиненны) канавок с пр молинейной кромкой при вершине , образующих с внутренней стороны тонкостенного тела р д полых лопаток.

2,Турбулизатор по п.1, о т л и ч а ю щи й- с тем, что грани выступов и впадин выполнены плоскими.

/ б

7

/4фс/г 5