Теплообменный элемент

 

ТЕПЛООБМЕННЬЙ ЭЛЕМЕНТ,содержащш размещенные внутри, трубы попе речные сплошные ребра, отличающийся тем, что, с целью увеличения критической мсщности при дисперсно-кольцевом и дисперсном режимах течения теплоносителя, между сплошными ребрами на расстоянии от них не более ста диаметров трубы установлено ребро с отверстиями или впадинами, причем площадь отверстий составляет 15-76% площади сплошного ребра, а площадь впадин составляет 25-76% площади сплошного ребра. -I /

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 С 21 С 3/О8 (21) 3548599/! 8-25 (22) 07.02.83 (46) 23.02.86. Бюл. N - 7 (72) Н.И.Перепелица и P.С.Пометько (53) 62 1.039.54 (088.8) (56) Патент Великобритании

У 1003446, кл. G 6 С, опублик. 1963.

Webb R.L. Eckert Е.R.G.,Goldstein R.I. Heat transfer and friction in tubes wist repeated rib, roaghness International I«mal

of Hect and Hass Trausfem Great

Britain Pergamen Press 197 1, vol 14, р. 60,fig 1.

ÄÄSUÄÄ 1122143 A (54)(57) ТЕПЛООБМЕННЫИ ЭЛЕМЕНТ, содержащий размещенные внутри. трубы поперечные сплошные ребра, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью увеличения критической мощности при дисперсно-кольцевом и дисперсном режимах течения теплоносителя, меж ду сплошными ребрами на расстоянии от них не более ста диаметров трубы установлено ребро с отверстиями или впадинами, причем площадь отверстий составляет 15-763 площади сплошного ребра, а площадь впадин составляет 25-767. площади сплошного ребра.

1 1

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть ис— пользовано в парогенераторах, тепло— обменниках ядерных реакторах, а именно для теплообменных трубчатых поверхностей твэлов, парогенераторов, теплообменников.

Известны тепловыделяющие элемен— ты, внутренняя трубчатая оболочка которых снабжена кольцевыми гофрами, Гофрировка внутренйуй;трубчатой поверхности. создает турбулизацию потока теплоносителя., "что приводит к повь1шению критической мощности, но это повьппение является недостаточным.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является теплообменный элемент, содержащий размещенные вн;три трубы поперечные сплошные ребра. Турбулизация потока теплоносителя, вызываемая этими ребрами, приводит к увеличению критической мощности (критического теплового потока), причем максимальное увеличение наблюдается при частом расположении ребер.

Недостатком прототипа является небольшая критическая мощность теплообменного элемента при дисперснокольцевом и дисперсном режимах течения теплоносителя. Дисперсно-кольцевой режим течения характеризуется наличием пара и капель жидкости в ядре потока и микропленки жидкости на теплоотдающей поверхности, а при дисперсном режиме течения пленка отсутствует.

Целью изобретения является увели— чение критической мощности при дисперсно-кольцевом и дисперсном режимах течения.

Указанная цель достигается тем, что в теплообменном элементе, содержащем размещенные внутри трубы поперечные сплошные ребра, между сплошными ребрами на расстоянии от них не более ста диаметров трубы установлено ребро с отверстиями или впадинами, причем площадь отверс тий составляет от 15 до 76 от площади сплошного ребра, а площадь впадин составляет от 25 до 76% от площади сплошного ребра.

На фиг. 1 изображен продольный разрез теплообменного элемента, на фиг. 2 — сечение А — А теплообменного элемента, снабженного ребром с

122143 з

5

40 отверстиями; на фиг. 3 — сечение

A-А теплообменного элемента, снабженного ребром с впадинами, на, фиг. 4 — сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 — 8 — физические характеристики теплообменного элемента.

Теплообменный элемент имеет обычное сплошное ребро 1 и ребро 2, ! имеющее отверстия или впадины. Отверстия и впадины могут иметь раз— личную конфигурацию. Например, на фиг. 2 и 3 изображены ребра с полукольцевыми отверстиями и прямоугольными впадинами. Ребро с впадинами может быть заменено совокупностью нуклевок, нанесенных по окружности на поверхности трубы, а ребро-гофрой. На фиг. 4 изображено поперечное сечение теплообменного элемента с обычным ребром. На фиг. 5-6 представлены зависимости критического теплового потока q от безразмерного расстояния от диафрагмы калибра

z/Й (я — расстояние от дифрагмы, d — диаметр канала). На фиг. 7 представлена зависимость критического теплового потока на расстоянии

50 калибров от диафрагмы. От относительной величины площади отверстий—

К = 100 (F y, — площадь отРот Ь

Р от верстий, Fq b- площадь ребра) . На этой же фигуре показана зависимость перепада давления на диафрагме. На фиг. 8 представлены зависимости теплового потока (при наличии пленки жидкости перед диафрагмой) от безразмерного расстояния от диафрагмы. Цифрами 3- 15 на фиг. 5-8 обозначены характеристики для следующих условий:

"гладкая" труба 3 (диафр агма с внутренним диаметром, равным диаметру гладкой трубы 4 = 8 10 м); обычное ребро 4, имитируемое дифрагмой; обычное ребро 5, имитируемое разрезной шайбой ребра с отверстиями (6 — о = 0,3, 7 — о = 0,5"10 "м); два обычных ребра 8, находящихся на расстоянии 25 ° 10 м одно от дру-3 гого, 9 — 11 — комбинация ребра с отверстиями и обычного ребра (9

-8= О,3 1О -Ю = O,5 11 — д

О, 75 10 м), 12, 13 — ребро с впадинами (12 — = 1" 13 — P. = 2 10 )

14, 15 — комбинация ребра с впадина1122143 ми и обычного ребра (14 — Г = 2;

15 — С = 2 5 10 м).

Элемент работает следующим образом. На вход в теплообменный элемент подается теплоноситель с заданными входными параметрами. Направление течения теплоносителя показано на фиг. 1 стрелкой. В зависимости от величины подводимого теплового потока теплоноситель может иметь различное паросодержание на выходе элемента.

На фиг. 5-6 видно, что установка обычного сплошного ребра приводит 1 к увеличению критического теплового потока по сравнению с гладкой трубой, причем с увеличением количества ребер эффективность возрастает. Наличие отверстий или впадин в ребре щ уменьшает его эффективность, но комбинация ребра с впадинами или отверстиями и обычного сплошного ребра может увеличить прирост критического теплового потока по сравне- р нию с приростом критического теплового потока, вызванного суммарным турбулизирующим воздействием двух обычных сплошных ребер.

На основании данных, приведенных на фиг. 5, 6, 7, сделать вывод о .том, что прирост критического теплового потока происходит при площади отверстий от 15 до 76Х от площади сплошного ребра или площади впадин от 25 до 76Х от площади сплошного ребра, причем возмущение потока, производимое турбулизатором, ощутимо на расстоянии от него не более ста диаметров трубы, т.е. увеличение критической мощности (критического теплового потока) возможно только в указанном интервале. Таким образом установка турбулизаторов на расстоянии более 100 диаметров трубы не приводит к положительному эффекту. При наличии пленки жидкости перед диафрагмой (тепловой поток на входном участке меньше критического) отмеченный эффект исчезает (см.фиг.8). Предлагаемый теплообменный элемент в области дисперсно-кольцевого и дисперсного режимов течения теплоносителя существенно увеличивает критическую мощность (критический тепловой поток) при одинаковых режимных паоаметрах. мат

)ь 2

1122143

1! 22143

РнРр Я

-3

Юиз. 7

1_#_ г

Фиг 8

ВНИИПИ Заказ 792/3 Тираж 387 Подписное

Филиал ППП "Патент", .Ужгород, ул. Проектная, 4