Теплообменная поверхность

 

Изобретение относится к теплообменным поверхностям теплообменников, используемых в различных областях техники - в системах кондиционирования, отопления, для охлаждения электрической, радиоэлектронной и другой аппаратуры. Сущность изобретения: теплообменная поверхность имеет установленные параллельными рядами элементы в виде плоских труб с продольными внутренними каналами прямоугольного сечения. На торцах трубы образованы продольные ребра. Стенки больших сторон трубы продолжены за ее пределы. На их поверхности выполнены внешние поперечные лепестковые ребра, образующие изогнутые желоба. Дуга их основания в нечетных рядах проведена радиусом из точки, расположенной на продольном ребре со стороны входа потока теплоносителя. В четных рядах - на противоположных концах труб. Лепестки имеют скосы, выполненные под тупым углом к направлению движения теплоносителя. 2 ил.

Изобретение относится к поверхностям нагрева теплообменников, например, в системах кондиционирования, отопления, а также к теплообменным поверхностям, используемым для охлаждения электрической, радиоэлектронной и другой аппаратуры.

Известны теплообменные поверхности (см. патент США N 2012608, кл. 261-90), содержащие расположенные параллельными рядами трубы с поперечным пластинчатым оребрением зигзагообразного профиля, через которое снаружи продувают нагреваемую или охлаждаемую среду.

Недостатком известной теплообменной поверхности является увеличение потери энергии на преодоление повышенного гидравлического сопротивления.

Известна теплообменная поверхность, содержащая расположенные параллельными рядами трубы с поперечным пластинчатым оребрением в виде желобов, смещенных в смежных рядах на полшага и обращенных вогнутостью в разные стороны [1].

Недостатком известной теплообменной поверхности является невысокая эффективность работы так как с повышением скорости потока резко возрастает гидравлическое сопротивление при протекании среды как в криволинейных каналах, имеющих малый радиус кривизны, так и на входе в оребрение при резком изменении направления движения потока.

Известен также теплообменный элемент, который является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству и принят в качестве прототипа [2].

Известный теплообменный элемент, из которых может быть выбрана теплообменная поверхность, включает в себя плоскую тепловую трубу с продольными внутренними каналами прямоугольного сечения, на стенках которых со стороны больших сторон трубы выполнены выступы друг против друга, причем стенки больших сторон трубы продолжены за ее пределы с образованием на торцах трубы продольных ребер, два из которых сведены до контакта между ними. На поверхности больших сторон выполнены поперечные лепестковые ребра, размещенные по спирали и имеющие перфорации у основания на изогнутых участках.

Недостатком известного теплообменного элемента и набранной из этих элементов теплообменной поверхности является сравнительно малая интенсивность теплообмена, так как в ребрах с перфорацией у основания уменьшено поперечное сечение в зоне контакта лепесткового ребра со стенкой трубы. Эффективность такого оребрения снижается, так как падает тепловой поток, передаваемый через уменьшенное у основания поперечное сечение ребра.

Целью предлагаемого изобретения является интенсификация теплообмена.

Указанная цель достигается за счет того, что в теплообменной поверхности, образованной из плоских с продольными внутренними каналами труб, стенки больших сторон которых продлены за пределы трубы с образованием на ее краях продольных ребер, а на поверхности больших боковых сторон труб выполнены поперечные ребра в виде лепестков, образующих изогнутые желоба, центры кривизны желобов в нечетных рядах размещены на продольных ребрах со стороны входа наружного теплоносителя, а в четных рядах - на продольных ребрах на противоположных концах труб со стороны выхода наружного теплоносителя, причем на лепестках выполнены скосы, наклоненные по направлению движения наружного теплоносителя.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается тем, что центры кривизны желобов в нечетных рядах размещены на продольных ребрах со стороны входа наружного теплоносителя, а в четных рядах - на продольных ребрах на противоположных концах труб со стороны выхода наружного теплоносителя, причем на лепестках выполнены скосы, наклоненные по направлению движения наружного теплоносителя.

Таким образом, предлагаемая теплообменная поверхность соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена теплообменная поверхность, общий вид; на фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1.

Теплообменная поверхность включает в себя плоские трубы 1 с продольными внутренними каналами 2. Стенки 3 больших сторон труб 1 продлены за пределы труб 1 и образуют на краях труб продольные ребра 4, а на поверхности больших боковых сторон труб 1 выполнены поперечные ребра в виде лепестков 5, образующих изогнутые желоба 6. Центры кривизны 7 в нечетных рядах I, III и т. д. размещены на продольных ребрах 4 со стороны входа наружного теплоносителя. Центры кривизны 8 в четных рядах II, IV и т.д. размещены на продольных ребрах 9 и на противоположных концах труб 10 со стороны выхода наружного теплоносителя.

Отметим, что центр кривизны каждого следующего ряда лепестков смещен по продольному ребру 4 на величину шага по отношению к предыдущему ряду лепестков. Таким образом оси изогнутых желобов 6 в каждой плоской трубе 1 эквидистантны между собой.

На лепестках 5 выполнены скосы 11, наклоненные по направлению движения наружного теплоносителя.

Предлагаемая теплообменная поверхность работает следующим образом.

Через продольные каналы 2 поступает теплоноситель, например вода, который отдает или воспринимает тепло. Снаружи плоские трубы 1 обдувают воздухом, который соответственно нагревается или охлаждается. При этом воздух проходит по изогнутым желобам 6, омывая с двух сторон лепестки 5. Поскольку каждый изогнутый желоб 6 имеет разрывы между лепестками 5, часть воздуха через указанные разрывы за счет действия центробежных сил будет протекать из одного канала в другой в направлении радиусов кривизны, описанных, например, из центров кривизны 7. Дополнительно к турбулизации воздуха в криволинейных каналах за счет действия центробежных сил будет иметь место турбулизация за счет перетекания части теплоносителя из одного криволинейного канала 6 в другой через разрывы между лепестками 5. Описанные выше гидродинамические явления в совокупности обеспечивают интенсификацию теплообмена при малых гидравлических сопротивлениях движению воздуха.

Необходимо отметить, что в предлагаемой теплообменной поверхности направление входа наружного теплоносителя (воздуха) в I-ый ряд плоских труб 1 совпадает с направлением касательных к плоскостям первого ряда лепестков, расположенных на продольных ребрах 4, так как центры кривизны 7 расположены на этих же продольных ребрах 4 со стороны входа наружного теплоносителя. На основании вышеизложенного, а также в связи с незначительным увеличением скорости воздуха при входе в изогнутые желоба 6 (толщина лепестков ≈ 0,2 мм при шаге ≈ 1,6-1,7 мм; ширина каналов 2 со стенками ≈ 3-4 мм при высоте лепестка ≈ 8 мм) гидравлическое сопротивление входа воздуха в I-ый ряд будет незначительным. Минимальным будет также гидравлическое сопротивление при переходе воздуха из изогнутых желобов I-го ряда в изогнутые желоба II-го, III-го рядов и т.д., так как направление касательных к лепесткам в зонах стыковки I-го и II-го, II-го и III-го ряда совпадают.

Таким образом при минимальном гидравлическом сопротивлении потока, омывающего плоские трубы 1, обеспечивается достаточно интенсивный теплообмен.

В предложенной теплообменной поверхности за счет скосов 11, наклоненных по направлению движения наружного теплоносителя, обеспечивается плотная стыковка соседних по направлению движения наружного теплоносителя труб 1 краями продольных ребер 4 этих труб.

Преимущества предлагаемой теплообменной поверхности, заключаются в следующем: 1) уменьшается гидравлическое сопротивление при протекании наружного газообразного теплоносителя по изогнутым желобам 6, а также при входе в теплообменную поверхность и при переходе теплоносителя с предыдущего ряда в каждый последующий; 2) интенсифицируются процессы теплообмена как за счет турбулизации теплоносителя в криволинейных желобах, так и за счет перетекания части теплоносителя через разрывы между лепестками 5; 3) обеспечивается плотная компоновка плоских труб 1 в теплообменной поверхности.

Формула изобретения

ТЕПЛООБМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, содержащая элементы в виде плоских труб с продольными внутренними каналами прямоугольного сечения, причем стенки больших сторон трубы продолжены за ее пределы с образованием на торцах трубы продольных ребер, а на поверхности больших сторон выполнены внешние поперечные лепестковые ребра, образующие изогнутые желоба, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации процесса теплообмена, элементы установлены параллельными рядами, дуга основания желобов в нечетных рядах образована радиусом, проведенным из точки, расположенной на продольном ребре со стороны входа потока теплоносителя, в четных рядах - радиусом, проведенным из точки на концах труб со стороны выхода теплоносителя, а на лепестковых ребрах выполнены скосы, образующие тупой угол с направлением движения теплоносителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2