SU1828535A3

SU1828535A3 - Heat exchanger

Info

Publication number: SU1828535A3
Application number: SU914903751A
Authority: SU
Inventors: Oleg D Bogomolov; Yurij I Katyushin; Sergej I Kruk; Vyacheslav D Silin; Valentin A Cherepanov; Evgenij L Galperin
Original assignee: Oleg D Bogomolov; Yurij I Katyushin; Sergej I Kruk; Vyacheslav D Silin; Valentin A Cherepanov; Evgenij L Galperin
Priority date: 1991-01-22
Filing date: 1991-01-22
Publication date: 1993-07-15

Description

Изобретение относится к теплообменной аппаратуре и может быть использовано в энергетическом и транспортном машиностроении.The invention relates to heat exchange equipment and can be used in power and transport engineering.

Цель изобретения - повышение эффективности теплообмена при одновременном увеличении надежности устройства.The purpose of the invention is to increase the efficiency of heat transfer while increasing the reliability of the device.

Указанная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем кожух и спиральную теплоообменную трубу, размещенную в плоскости перпендикулярной образующей кожуха, теплообменная труба выполнена в виде плоской бифилярной спирали с постоянным расстоянием между вит* ками, причем теплообменная труба имеет накатку в виде впадин на наружной поверхности и выступов на внутренней, расположенную поперек теплообменной трубы на двух больших ее сторонах, а между витками спирали размещены гофры, при этом вершины ребер гофров совпадают с впадинами накатки, расположенными на выпуклой части теплообменной трубы.This goal is achieved by the fact that in a heat exchanger containing a casing and a spiral heat exchange pipe placed in the plane perpendicular to the forming casing, the heat transfer pipe is made in the form of a flat bifilar spiral with a constant distance between the coils, and the heat transfer pipe has a knurling in the form of depressions on the outer surface and protrusions on the inner, located across the heat-exchange pipe on its two large sides, and between the turns of the spiral corrugations are placed, while the tops of the corrugations of the corrugations coincide with the depressions knurling disposed on the convex portion of the heat exchange tube.

Широко известен способ интенсификации процессов теплоотдачи с помощью создания искусственной шероховатости, в частности накатки на прямолинейны участках круглых труб. Для этих трубпроизведена оптимизация размеров шероховатости, от формы и режима течения жидкости.The method of intensifying heat transfer processes by creating artificial roughness, in particular rolling on straight sections of round pipes, is widely known. For these pipes, an optimization of the roughness sizes was made, depending on the shape and mode of the fluid flow.

В изобретении геометрические размеры накатки были выбраны теоретически из ус* ловия взаимодействия макро- и микровихрей, возникающих при движении теплоносителя в трубе и из условия обеспечения максимальной вероятности контакта трубы с гофрой.In the invention, the geometrical dimensions of the knurling were theoretically selected from the condition of the interaction of macro- and microvortices that arise when the coolant moves in the pipe and from the condition of ensuring the maximum probability of the pipe contacting the corrugation.

Известно, что в различных типах воздухо-воздушных и жидкостно воздушных теплообменников, конденсаторов и испарителей применяют пакеты гладких прямоугольных трубок, спеченных с гофрами. Такие теплообменники при высокой эффективности имеют малую надежность из-за значительного количества паянных соединений. Для увеличения качества контактов гофра с плоскими, гладкими поверхностями применяют либо трапециедальные гофры, либо треугольные, но с большим радиусом при вершине. Это приводит к снижению эффективности теплообмена из-за увеличения гидравлического диаметра.It is known that in various types of air-air and liquid-air heat exchangers, condensers and evaporators, packages of smooth rectangular tubes sintered with corrugations are used. Such heat exchangers with high efficiency have low reliability due to the significant number of soldered joints. To increase the quality of the corrugation contacts with flat, smooth surfaces, either trapezoidal corrugations or triangular, but with a large radius at the apex, are used. This leads to a decrease in heat transfer efficiency due to an increase in hydraulic diameter.

В изобретении гофр, надежно закрепленный вершинами в выемках накатки трубы, выполняет тройную функцию, Он не только увеличивает эффективность теплоотдачи в окружающую среду, но и осуществляем кондуктивную связь между рядом стоящими витками бифилярной спирали,In the invention, the corrugation, securely fixed with the peaks in the recesses of the pipe rolling, performs a threefold function. It not only increases the efficiency of heat transfer to the environment, but also conduct conductive coupling between adjacent turns of the bifilar spiral,

т.е. выравнивает поле температуры теплообменной поверхности, что, в свою очередь, приводит к увеличению эффективности. Кроме того, он увеличивает прочность теплообменной трубы и жесткость конструкции, т.е. увеличивает надежность теплообменника.those. equalizes the temperature field of the heat exchange surface, which, in turn, leads to an increase in efficiency. In addition, it increases the strength of the heat transfer pipe and the rigidity of the structure, i.e. increases the reliability of the heat exchanger.

На фиг.1 показан общий вид теплообменника со стороны воздушной полости: на фиг.2 - схема крепления гофра в накатке: на фиг.З - сечение теплообменной трубы.In Fig.1 shows a General view of the heat exchanger from the side of the air cavity: Fig.2 - diagram of the mounting of the corrugation in the knurling: Fig.Z - section of the heat exchanger pipe.

Теплообмен ник содержит кожух 1, внутри которого, перпендикулярно образующей кожуха размещена теплообменная плоская труба 2, состоящая из двух участков, соединенных переходником 3 и образующая плоскую бифилярную спираль с постоянным расстоянием между витками. Поперечное сечение плоской трубы, может быть прямоугольной либо плоскоовальной формы с высотой внутренней полости Н.The heat exchanger contains a casing 1, inside of which, perpendicular to the forming casing, a flat heat exchange tube 2 is placed, consisting of two sections connected by an adapter 3 and forming a flat bifilar spiral with a constant distance between the turns. The cross section of a flat pipe can be rectangular or flat oval with the height of the internal cavity N.

На двух больших сторонах поперек теплообменной трубы 2 выполнена накатка с шагом Т в виде выступов высотой h на внутренней поверхности и впадин на наружной поверхности. Между витками бифилярной спирали размещены гофры 4, причем вершины ребер гофров совпадаютс впадинами накатки, расположенными на выпуклой части теплообменной трубы 2.On two large sides across the heat exchange tube 2, knurling is performed with a pitch T in the form of protrusions of height h on the inner surface and troughs on the outer surface. Corrugations 4 are placed between the turns of the bifilar spiral, and the vertices of the ribs of the corrugations coincide with the knurling depressions located on the convex part of the heat exchange tube 2.

Теплообменник подключается к рабочему контуру системы охлаждения или системы кондиционирования воздуха через штуцеры 5 и б и может быть использован как жидкостно-воздушный теплообменник, так воздушный конденсатор или испаритель.The heat exchanger is connected to the working circuit of the cooling system or air conditioning system through fittings 5 and b and can be used as a liquid-air heat exchanger, as well as an air condenser or evaporator.

В результате теоретических исследований и оптимизации установлены следующие зависимости параметров Т и h от параметра Н:As a result of theoretical studies and optimization, the following dependences of the parameters T and h on the parameter H were established:

Т= 1.2 Н...1.8 Н h =* 0,10 Н.,.0,15 НT = 1.2 N ... 1.8 N h = * 0.10 N.,. 0.15 N

Теплообменник работает следующим образом.The heat exchanger operates as follows.

Охлаждаемый теплоноситель поступает в теплообменную трубу 2 через штуцер 5. Пройдя теплообменную трубу 2, выполненную в виде бифилярной спирали, охлаждаемый теплоноситель передает тепло атмосферному воздуху, движущемуся по каналам, образованным гофром 4 и наружной поверхностью теплообменной трубы 2.The cooled coolant enters the heat exchange pipe 2 through the nozzle 5. Having passed the heat exchange pipe 2, made in the form of a bifilar spiral, the cooled coolant transfers heat to the atmospheric air moving through the channels formed by the corrugation 4 and the outer surface of the heat exchange pipe 2.

В результате встречного движений охлаждаемого теплоносителя в бифилярной спирали и тепловой связи между витками спирали через гофры 4 температура стенки теплообменной трубы 2 остается практически постоянной по фронту теплообменника. При движении охлаждаемого теплоносителя в изогнутой теплообменной трубе в ее поперечном сечении возникает вихревое движение. Вихревое движение теплоносителя интенсифицирует теплообмен, особенно в зоне вогнутой внутренней стенки. Коэффициент теплообмена в криволинейных каналах в зависимости от режима течения и радиуса кривизны в 1,1...1,5 раза выше чем у прямых труб.As a result of the oncoming movements of the cooled coolant in the bifilar spiral and the thermal connection between the turns of the spiral through the corrugations 4, the wall temperature of the heat exchange pipe 2 remains almost constant along the front of the heat exchanger. When the cooled coolant moves in a bent heat exchange tube in its cross section, a vortex movement occurs. The vortex motion of the coolant intensifies heat transfer, especially in the area of the concave inner wall. The heat transfer coefficient in curved channels, depending on the flow regime and radius of curvature, is 1.1 ... 1.5 times higher than that of straight pipes.

В зоне выпуклой внутренней стенки и на поверхностях теплообмена малой кривизны преобладает интенсификации теплообмена за счет турбулизации потока выступами накатки. При оптимальных геометрических размерах накатки в зависимости от режима течения теплоносителя коэффициент теплообмена в 1,4...4 раза выше. чем в гладких трубах.In the zone of the convex inner wall and on the heat transfer surfaces of small curvature, heat transfer intensification due to turbulence of the flow by knurling protrusions predominates. With optimal geometric dimensions of rolling, depending on the flow regime of the coolant, the heat transfer coefficient is 1.4 ... 4 times higher. than in smooth pipes.

Гофр 4 служит для увеличения теплообменной поверхности со стороны воздуха и увеличения прочности теплообменной трубы 2. Вершины ребер гофров, например, треугольных запаяны во впадинах накатки на выпуклой наружной стороне теплообменной трубы, т.е. со стороны максимальной теплопередачи между теплоносителем итрубой. Для интенсификации теплообмена с воздухом могут быть использованы жалюзийные, прерывистые, волнистые и прочие ребра (на чертеже не показаны).Corrugation 4 is used to increase the heat exchange surface from the air side and increase the strength of the heat exchange pipe 2. The vertices of the corrugations, for example, triangular, are sealed in the knurled cavities on the convex outer side of the heat exchange pipe, i.e. from the maximum heat transfer between the coolant and the pipe. To intensify heat transfer with air, louvered, intermittent, wavy, and other fins (not shown in the drawing) can be used.

Охлажденный теплоноситель выходит через штуцер 6.The cooled coolant exits through the nozzle 6.

Предлагаемое устройство теплообменника позволяет за счет выравнивания поля температур поверхности теплообмена, интенсификации теплообмена со стороны воздуха и теплоносителя и обеспечения качества сборки увеличить эффективность теплообмена на 35...45% по сравнению с прототипом аналогичных размеров при одновременном повышении надежности,The proposed device of the heat exchanger allows, by aligning the temperature field of the heat exchange surface, intensifying heat transfer from the air and coolant, and ensuring the quality of the assembly, increase the heat transfer efficiency by 35 ... 45% compared to the prototype of similar sizes while improving reliability,

Claims

Claim

1. A heat exchanger comprising a casing, a flat spiral tube placed therein with a constant distance between the turns, and a corrugated tape located in the annular space, the corrugation tops of which are installed in contact with the pipe surfaces, characterized in that, in order to increase heat exchange efficiency, the pipe consists from two interconnected sections arranged in alternating order with the formation of a bifilar spiral, while depressions are made on the outer flat surfaces of the pipe, and on the inside, corresponding s them protrusions, wherein the corrugation peaks tapes are arranged in said cavities.

2. The heat exchanger according to claim 1,; about t l and h a toil! and with the fact that the distance between the depressions on each surface of the pipe and the depth of the depressions are 1.2-1.8 and 0.10-0.15 of the height of the internal cavity of the pipe, respectively.

Tehred M. Morgenthal

Proofreader N. Milyukova