Теплообменная труба

 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам. Целью изобретения является повышение энергетической эффективности теплообменной трубы путем снижения гидравлического сопротивления течению теплоносителя за счет заданного профилирования стенки ячейки с центральными отверстиями для вхо,ьа и выхода теплоносителя , внутри которой размещен шаровой элемент, зависающий под воздействием струи. При оптимальном профилировании стенок ячеек отсутствуют застойные вихревые зоны, что снижает гидравлическое сопротивление . 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>s F 28 F 13/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4803101/06 (22) 19;03.90 (46) 15.05.92. Бюл. М 18 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) Н.Н.Сунцов. Б.В.Сударев, С.Л.Деменок, В.В.Медведев и Ю.Н.Добрянский (53) 621.565.94 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1467363, кл. F 28 F 13/12, 1983, (54) ТЕПЛООБМЕННАЯ ТРУБА (57) Изобретение относится к теплообменным аппаратам. Целью изобретения являетИзобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано

s транспортных энергетических установках.

Известна теплообменная труба, содержащая неподвижную засыпку из шаров, диаметр которых несколько больше радиуса трубы. При работе теплоноситель течет между шарами параллельно стенке трубы, Шары турбулизируют поток теплоносителя, вытесняют его к стенке трубы, за счет чего увеличивается 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 со. противление теплообменной трубы. Все это приводит к тому, что энергетическая эффективность известной теплообменной,трубы невысока.

Наиболее близкой к предлагаемому является теплообменная труба, содержащая по крайней мере одну ячейку с центральны„„.Я „„1733899 А1 ся повышение энергетической эффективности теплообменной трубы путем снижения гидравлического сопротивления течению теплоносителя за счет заданного профилирования стенки ячейки с центральными . отверстиями для входа и выхода теплоносителя, внутри которой. размещен шаровой элемент, зависающий под воздействием струи. При оптимальном профилировании стенок ячеек отсугствуют застойные вихревые зоны, что снижает гидравлическое сопротивление. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. ми отверстиями для входа и выхода теплоносителя, внутри которой размещен шаровой элемент, диаметр которого меньше диаметра трубы. но больше диаметра отверстий для входа и выхода теплоносителя, При работе известного устройства теплоноситель, движущийся во внутренней полости теплообменной трубы, в виде струи вытекает из отверстия для входа теплоносителя и омывает рлзмещенный в ячейке шаровой элемент. Под воздействием струи теплоносителя шаровой элемент зависает в струе на некотором расстоянии от отверстия для входа теплоносителя, хаотически вращается, не касаясь стенок ячейки трубы (находится в состоянии левитации); Шаровой элемент турбулизирует пристенный слой теплоносителя, при этом отсутствуют точки контакта шаровых элементов как между собой, так и со стенками теплообменной трубы, что устраняет эоны вблизи этих точек, где интенсивность теплообмена невелика, а возникающее в указанных зонах гидравлическое сопротивление течению

1733899 теплоносителя велико, Все это позволяет повысить энергетическую эффективность теплообменнык аппаратов.

Однако в известном устройстве ячейка образована цилиндрической проставкой и диафрагмами, а это приводит к тому, что при течении теплоносителя в местах соприкосновения проставки с диафрагмами образуются застойные вихревые зоны, снижающие интенсивность теплообмена и увеличивающее гидравлическое сопротивление течению теплоносителя, Поэтому энергетическая эффективность известной теплообменной трубы невысока,.

Целью изобретения является повышение энергетической эффективности теплообменной трубы путем снижения гидравлического сопротивления течению теплоносителя.

Указанная цель достигается тем, что в теплообменной трубе, содержащей, по крайней мере, одну ячейку с центральными отверстиями для входа и выхода теплоносителя, внутри которой размещен шаровой элемент диаметром, меньшим диаметра трубы, но большим диаметра отверстий для входа и выхода теплоносителя, стенка ячейки спрофилирована по закону, r — (0.5 + T + 0.5 - Т ), (1)

2 где Т (— ) — —;

Рз 1

3 4 (бр} - ) (D/d) 2 0

r — величина радиус-вектора от центра ячейки до внутренней поверхности канала:

0- угол между радиус-векторо((и осью канала;

D — диаметр трубы;

d — диаметр шарового элемента.

В ячейке у входного и выходного отверстия могут быть расположены по меньшей мере по одному выступу.

Предлагаемое изобретение основывается на возможности обеспечить безвихревое обтекание шара, если ограничивающие

его поверхности будут совпадать с линиями тока, удовлетворяющими условиям потенциального течения. Такая линия тока представлена авторами в форме кубического уравнения следующего вида: (2 ")ç + P (— ) — 1 = 0 (2)

Применительно к рассматриваемой задаче (О/d > 1) физический смысл имеет одно действительное решение (Т > О), которое выражено формулой (1), Такое выполнение теплообменной трубы позволяет на рабочем режиме (когда шаровые элементы находятся в состоянии левитации), устранить застойные вихревые

5 эоны в ячейках, что резко снижает гидравлическое сопротивление течению теплоносителя, Поэтому энергетическая эффективность в предлагаемом техническом решении высока, 10 Наличие выступов у входного и выходного отверстий ячейки (которые могут быть выполнены в аиде ребер) не приведет к сколько-нибудь заметному повышению гидравлического сопротивления, но позволит

15 устранить воэможность запирания шаровым элементом входного или выходного отверстия ячейки в тех случаях, когда расход теплоносителя недостаточен для обеспечения левитации шарового элемента, т.е. на

20 частичных режимах работы, которые характерны, например, для транспортных энергетических установок, На чертеже изображена теплообменная труба, продольный разрез.

25 Теплообменная труба содержит, по . крайней мере, одну ячейку 1 с центральны-. ми отверстиями для входа 2 и выхода 3 теплоносителя, В ячейке 1 размещен шаровой элемент 4, а стенка 5 ячейки спрофилирова30 íà по закону, описанному формулой 1, У отверстий 2 и 3 расположены выступы 6.

Устройство работает следующим образом.

При работе теплоноситель поступает в

35 ячейку 1 в виде струи, вытекающей из отверстия для входа теплоносителя 2 и натекающей на размещенный в ячейке 1 шаровой элемент 4, Под .воздействием струи теплоносителя шаровой элемент 4 зависает в

40 струе на некотором расстоянии от отверстия 2, хаотически вращается, не касаясь стенок 5 ячейки 1 (находится в состоянии левитации), Благодаря левитации шарового элемента 4 и профилированию стенки 5

45 ячейки I по закону, описанному формулой (1), в ячейке 1 отсутствуют застойные вихревые зоны, что снижает гидравлическое сопротивление течению теплоносителя и тем самым обеспечивает высокую энергетиче50 скую эффективность теплообменной трубы.

Отработавший теплоноситель удаляется из ячейки 1 через отверстие 3. Выступы 6 позволяют использовать теплообменную трубу на долевых (Частичных) режимах работы, 55 когда расход теплоносителя не достаточен для обеспечения левитации шаровых элементов 4 и они могут загромождать отверстия 2 или 3, увеличивая затраты энергии на прокачку теплоносителя. Выступы 6 препятствуют на этих режимах загромождению от1733899 снижения гидравлического сопротивлении течению теплоносителя, стенка ячейки спрофилирована по закону;

2. Труба по и, 1, отличающаяся тем, что у входного и выходного отверстий ячейки расположено по меньшей мере по одному выступу.

Составитель О.Акимова

Редактор Ю,Середа Техред M.Moðãeíòàë Корректор M,Ïîæî

Заказ 1661 Тираж. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 верстий 2 или 3, что обеспечивает возможность эффективно испольэовать теплообменную трубу в транспортных энергетических установках.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом позволяет полностью устранить застойные вихревые зоны в ячейках теплообменной трубы, что резко снижает затраты энергии на прокачку теплоносителя, повышает интенсивность теплообмена и тем самым повышает энергетическую эффективность теплообменной трубы.

Формула изобретения

1. Теплообменная труба. содержащая, по крайней мере. одну ячейку с центральными отверстиями для входа и выхода теплоносителя, внутри которой размещен шаровой элемент диаметром, меньшим диаметра трубы, но большим диаметра отверстий для входа и выхода теплоносителя, о т. л и ч а ю щ а я с я тем, что. с целью повышения энергетической эффективности путем

5 2 г- — (05+ Т + 05 — T ), где Т= (— ) — —;

Рз 1.

3 4 o — >

10 (D ) 0

r — величина радиус-вектора от центра ячейки до внутренней поверхности канала;

9- угол между радиус-вектором и осью канала;

0 и d — диаметры трубы и шарового элемента соответственно.