Воздухоохладитель

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Р 25 В 39/02 аГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 485135406 (22) 16.07.90 (46) 30.08.92. Бюл. М 32 (71) Марийское специальйое конструкторско-технологическое бюро торгового холодильного оборудования (72) А.Г»Поздеев и В.К.Лукашов (56) Гоголин А.А. Интенсификация теплообмена в испарителях холодильных машин.

M.:» Легкая и пищевая промышленность, 1982, с.224. (54) ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЬ (57) Использование: изобретение относится к холодильной технике и может быть испольI Ж 1758374 А1 зовано для охлаждения воздуха в системах кондиционирования воздуха, охлаждения, замораживания и хранения пищевых продуктов. Сущность изобретения заключается в том, что между пластинами 5 реб р продольно к ним Во фронтальных плоскостях по отношению к потоку воздуха, продуваемого вентилятором 2 через воздухоохладитель, устанавливаются струнные элементы 6.

Элементы б с помощью устройств 7 крепления укрепляются на кожухе 1 воздухоохладителя. Число струннйх элементов возрастает по ходу воздуха от ряда к ряду и достигает максимума на последних рядах оребренных труб 4. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1758374

Изобретение относится к холодильйой которая соединена с источником механиче теМике и может быть испОльзовано для ских колебаний, йапример электромеханиoxh3464eANA воздуха в системах кондицио- ческим вибратором. Проволока может быть йироваййя воздуха, охлаждения, замора- выполнена электропроводной, концы ее живания и хранения пищевых продуктов. 5 изолированы от корпуса и к ним подключен

Йзвестен возДухбохладитель, содержа- источник тока, Струна может бйть выполне щйй кожух, размещеййые в йем вентилятор на также в виде плоской ленты, один конец и теплообменные секции, установленные с которой укрепляется на кожухе, а к другому зазором относительйо кожуха и друг друга, присоединяется источник крутильных колеЪ заслонки; прикрепленные к кожуху. 10 баний, Недостатком известного устройства яв- На фиг.1 изображена часть воздухоох ляется сложность конструкции заслонки и ладителя, расстановка и подключение эле сйстемы управления заслонками. Усложне- ментов-турбулизаторов к источнику тока; на ние системы воздухоснабжения и действие фиг.2 — то же, вид сбоку; на фиг.3 — испольэаслонок ведет к росту аэродинамических 15 зование плоскихтурбулизаторов с йсточнисопротивлений воздушного тракта. Наличие ком крутильных колебаний; на фиг.4 — схема

"кийематически изменяемых элементов воз- течения воздушного потока s месте постадушного тракта снижает надежность рабо- новки турбулизаторов. ты воздухоохладителя. Воздухоохладитель содержит кожух 1, Наиболее близким к предлагаемому яв- 20 вентилятор 2, конфузор 3, трубы 4 и гладкие ляется воздухоохладитель, содержащий плоские ребра 5. Трубы 4 и плоские ребра 5 вентиляторы и теплообменные секции с образуют трубчато-ребристую поверхтрубчато- пластинчатйми поверхностями и ность. К кожуху 1 присоединены струнные рассечением пластинчатого ребра по ходу турбулизаторы 6 с помощью устройств 7 воздуха на короткие участки с периодиче- 25 крепления. ским нарушением нарастающего погранич- Воэдухоохладитель работает следуюного слоя. щим образом.

Недостатком известного воздухоохла- Холодильный агент движется по змеедителя является низкая холодопроизводи- викам, образуемым трубами 4, покрытыми тельность за счет снижения теплового 30 плоскими ребрами 5. Вентилятор 2 создает напора rio мере йродвйжения-охлаждаемо- поток воздуха. который обтекает трубчатого воздуха от первого ряда труб к последне- ребристые поверхности. Конфуэор 3 наму. При этом уменьшается коэффицйент правляет воздух на поверхность из теплоотдачи воздухоохладителя со стороны . элементов 4 и 5. Струны 6 укреплены в воздуха"в последних рядах труб. Кроме того, 35 кожухе 1 посредством устройств 7 креплепервые ряды труб по ходу воздуха забива- ния, ются инеем после 10-12 ч работы и требует- Элементы 6 приводят к образованию ся остановка системы и проведение вихрейиразрушениюламинарноготечения процесса размораживания поверхности(от- воздуха в аэродинамическом следе. Верхтайка). 40 ние ряды труб имеют большее число злеменЦель изобретения — увеличение на- тов 6, что ведет к увеличению турбулизации

"ружного коэффициента теплоотдачи при потока по ходу воздуха. Коэффициенты наравномерном инеераспределении по теп-, ружной теплоотдачи для трубчато-пластинлообменнымповерхностямбезреэкогоуве- чатого аребрения при ламинарном и: личения сложности конструкции. При этом 45 турбулентном характере потока воздуха увеличиваетСя холодопроизводительность пропорциональны шагу ребер Sp и опредевоэдухоохладителя и время работы аппара- ляются следующими зависимостями; та до оттайки. ламичарное течение

-0,67

Поставленная цель достигается тем, что йн $р. между пластинами оребрения продольно к 50 турбулентное течение

-0,2 ним во фронтальных плоскостях по отноше- н Sp

"нию"к потоку воздуха, продуваемого венти- где Зр — шаг оребрения. лятором через. воздухоохладитель, Следовательно, турбулизация, возра"устанавливаются струнные элементы. Эле- стающая по ходу воздуха, прйводит к повы: "мейФМ укрепляются на кожухе воздухоохла- 55 шению коэффициента теплоотдачи от рядов дителя своими концами. Число струнных трубоквнизпопотокувоздуха. Этоповышеэлейентов возрастает по ходу. воздуха ат ние компенсирует снижение холодопроиз"ряфа к"ряду и доСтигает максимума на по- водительности рядов, удаленных от первой следних рядах оребрейнйх труб. Струна мо- фронтальной поверхности воздухоохлади жет быть выполнена в виде проволоки, 1758374 теля, возникающего за счет уменьшения теплового напора.

Снижение холодаи роизводительности рядов по ходу воздуха вызывается падением температурного напора от ряда к ряду, обусловленным охлаждением воздушного потока в предыдущих рядах воздухоохладителя.

Холодопроизводительность трубки 4 zro ряда равна

Qoz kzFz Ю где kz — коэффициент теплопередачи z-го ряда воздухоохладителя, отнесенный к внутренней поверхности, Вт/(м K};

Fz — площадь оребрения трубы z-го ряда;

tz1 — tz2

G. = среднелогарифмиln

41 то

tz2 — to ческий температурный напор в z-м ряду;

tz1 — темпеРатУРа на вхоДе в z-й РЯД, С;

tz2 — тЕМПЕРатУРа На ВЫХОДЕ ИЗ Z-ГО ряда, С:

to — температура холодильного агента, оС

Коэффициент теплопередачи пропорционален апр — коэффиц2иенту (приведенному) теплоотдачи, Вт/(м К), kz - f(asap }, где апр в свою очередь, пропорционален а, коэффициенту теплоотдачи z-ro ряда, Вт/(м К).

Отсюда следует, что существует следующая цепочка равенств.

kz=f (а,р); a.p=f(az); а, = f(Nuz), где Nuz — число Нуссельта для трубы 4 в z-ом ряду, Здесь и и Я а — и Nuz=CRez, 4н где — коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м К);

4н — наружный диаметр трубы, и;

С вЂ” постоянная; п — показатель степени;

Nfz S

Rez = — е- — число Реднольдсе; В

Sp — шаг ребер, м;

V8 — коэффициент кинематической вязкости воздуха,м /с.

Таким образом, существует зависимость kz = f (Rez).

У оребренных труб с длинными трубами. характер обтекания определяется течением по межреберным каналам. Показатель степени п при числе Ве в уравнении NuzCRez" падает с уменьшением числа рядов е воздухоохладителе как для шахматных, так и для коридорных пучков оребренных труб. Рост числа рядов в этом случае увеличивает число Нуссельта и, следовательно, коэффициент теплоотдачи для пучков с числом рядов z < 4. Если С вЂ” отношение сред5 ней теплоотдачи оребренных пучков с любым количеством рядов к средней теплоотдаче многорядного пучка (z > 4), то при

> 4 величина Cz становится и остается равной Ст - 1. Это означает„что локальное

10 число Nuz и коэффициент теплоотдачи

az npu z 1 для рядов труб остаются постоянными от ряда к ряду.

В существующих воздухоохладителях компенсацию падения холодопроизводи15 тельности труб Qoz от ряда к ряду по ходу воздуха при уменьшении температурного напора производят за счет увеличения площади оребрения Fop. Это ведет к уменьшению шага ребер Зр, Однако рост числа

20 пластин оребрения ограничен предельным значением шага ребер Sp м н = 6--8 мм.

Дальнейшее уменьшение шага ребер Sð увеличивает аэродинамическое сопротивление воздухоохладителя и, в условиях ине25 еобразования, уменьшает время работы воздухоохладителя до полного перекрытия пространства между пластинами слоем нарастающего инея. — Это сокращает период работы устройст30 ва между оттайками.

Поэтому при достижении S»» äêÿ данного воздухоохладителя устанавливается предел повышения холодопроиэводительности рядов ребер.

35 Это приводит к неравномерной тепловой нагрузке труб в рядах по ходу воздуха.

Например, при числе рядов труб более десяти тепловая нагрузка труб верхнего ряда падает почти на порядок по сравнению с

40 первым по ходу воздуха.

Использование турбулизаторов воздуха в виде разрезных и гофрированных ребер позволяет увеличить коэффициенты теплопередачи последних по ходу воздуха ребер

45 в соответствии с зависимостью kz = f (Rez). В этом случае за счет турбулизации потока на ребре число Рейнольдса возрастает, увеличиваются число Нуссельта Nuz, коэффициенты аi, asap, kz и, наконец, возрастает Qoz.

50 Расчет показывает, что локальный коэффициент теплоотдачи в турбулентном слое на пластине вдвое превышает коэффициент теплоотдачи при ламинарном режиме.

Однако рассечение ребер приводит в усло=иях инееобразования к быстрому образованию инея в зонах аэродинамической тени за выступами ребер, что сокращает период между оттайками воздухоохладителя.

Предлагаемое устройство, имеющее глад1758374 кие ребра и отделенные от них турбулизаторы, свободно or этого недостатка.

Частота установки турбулиэаторов пт должн а возрастать" обратно-и ропорционально относительной холодопроизводитЕЛЬНОСтИ Цотн. = Qoz/001 ОЧЕРЕДНОГО РЯДа по ходу воздуха, т.е. пт 1/цотн где Qoi — теплоотдача трубы в первом ряду по ходу воздуха, Вт;

Qoz — теплоотдача в z-ом ряду, Вт.

Если О, — суммарный температурный напор, приложенный к воздухоохладителям. то при линейном законе температурного напора (Э z, = f (z) от ряда к ряду по ходу воздуха, Найдем ®z, = 64 (ze-г)/zs, гДе zs — число РЯДов тРУб в возДУхоохлаДителе, включая трубу первого ряда (z = О).

Холодопроизводительность трубки z-ro ряда

Zs г

Qoz = kzFz % = kzFz Q гв

При холодопроизводительности первого ряда

Qo< = k>F> О = k>F> гв относительная холодопроизводительность равна

Qoz kz Fz Ze ™ Qoi k> F>

Частота постановки турбулиэаторов подчиняется закону

Кт F2 zs пт 1/цотн

Частота постановки турбулиэаторов возрастает с ростом номера ряда (г = О, 1, 2, "., Zs).

При равных коэффициентах теплопередачи первого и z-го ряда k> - kz и равной степени оребрения F > = Fz частота постановки турбулиэаторов возрастает линейно по ходу воздуха. Для нелинейного закона падения температурного напора в зависимости от функции 0oz = f (z) изменяется и частота гтостановки турбулиэаторов.

Струны 6, размещаемые симметрично относительно пластин (фиг.4), образуют насадки, которые ускоряют струи воздуха вблизи пластин, что сдувает пограничный слой с них vi увеличивает процесс наружного теплообмена. Сужение потока в створе установки турбулизаторов приводит к локальному увеличению скорости воздуха. Это вызывает местный рост коэффициента теплоотдачи.

При числе Рейнольдса, лежащем в пределах 10 < Rez < 2 .10", число Нуссельта равно

Nuz О 1 9 (— ) 0 2 (— - ) 0 18 (— Е- ) 0 14

dH dH о,65 Р О,зз где а - $т/dí, b - Яг/dÄ

5 $1 — шаг труб по фронту, м;

Sz — шаг труб по потоку воздуха, м;

hp — высота ребер,м; дн — наружный диаметр труб, м;

Rez — число Рейнольдса;

10 Rrz — число Прандтля, Локальное сужение потока ведет к местному возрастанию скорости и резкому увеличению числа Рейнольдса, что по приведенной зависимости увеличивает чис15 ло Нуссельта и коэффициент наружной теплоотдачи . Nuz i4

%I где 4 — коэффициент теплопроводности

2О воздуха. э

В устройстве по пункту 2 формулы элемент 6 приводится в колебательное движение, что еще более увеличивает теплообмен за счет увеличения .процесса перемешиьания струй воздуха.

Колебательные движения струны 6 при- водят к механическому разрушению слоя инея в наиболее сжатых сечениях по ходу воздуха.

Эти участки являются как раз критическими по осаждению инея.

При недостаточной эффективности механического разрушения инея по п.2 следует использовать подогрев струны 6 за счет 5 теплового действия тока по п,З формулы изобретения. Это приводит к таянию основания инея и уменьшению его сцепления с поверхностью.

Воздух, движущийся на этом участке с

4О большими скоростями, сдувает слой инея.

В п,4 указано направление интенсификации процессов по п,2 за счет изменения формы струны, которая действует в этом случае подобно колеблющемуся профилю. В

45 этом случае возникает периодическое воздействие струйного течения на поверхности ребер. Образующийся нестационарный по-. граничный слой способствует активации процесса теплообмена: рост локального

5О числа Рейнольдса Res в этом случае ведет к увеличению числа Нуссельта Nuz.

Формул а и зоб рете н и я

1. Воздухоохладитель, содержащий .

55 кожух и размещенные в нем вентилятор и теплообменн ые секции с трубчато-пластинчатыми поверхностями, отличающийся тем, что, с целью повышения холодопроиэводительности и удлинения периода работы

1758374 устройства до размораживания при óïðîщении конструкции, во фронтальных плоскостях между пластинами ребер симметрично расположены турбулизаторы, выполненные в виде струн, частота постановки которых возрастает от первого к последнему ряду по ходу воздуха.

2. Воздухоохладитель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что струна выполнена в виде проволоки с подключенным к ней источником механических колебаний.

3. Воздухоохладитель по п.2, о т л и ч alo шийся тем, что струна выполнена из

5 электропрсводящего материал" и подключена к источнику тока.

4. Воздухоохладитель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что струна выполнена в виде плоской ленты, подключенной к источнику

10 крутильных колебаний.

1758374

Составитель H. Алексеева

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор 3. Салко

Редактор Э. Слиган

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2987 Тираж . Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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