Метод за подобряване на ефективността на топлообменен елемент
Собственици на патент RU 2537643:
Изобретението се отнася до топлообменници и може да се използва в енергетиката и свързаните с нея отрасли. Методът се състои в интензифициране на топлообмена чрез извършване на периодични пръстеновидни издатини върху вътрешната повърхност на топлообменния елемент. Топлообменният елемент е направен под формата на спирална гъвкава тръба с турбулатори, периодично разположени на вътрешната му повърхност, за предпочитане под формата на пръстеновидни издатини, докато радиусът R на спиралата е направен в рамките на 0,05≤D/R≤0,25, където D е вътрешният диаметър на тръбата, R е радиусът на спиралата, вътрешният диаметър d на издатините е в рамките на 0,85≤d/D≤0. 98, а стъпката t между тях е в рамките на 0,45≤t/D ≤0,6. Техническият резултат е повишаване на ефективността на топлообменния елемент. 2 болен.
Изобретението се отнася до топлообменници и може да се използва в енергетиката и свързаните с нея отрасли.
Известен топлообменник с топлообменен елемент, изработен от гладки тръби с усилватели под формата на пружинни вложки, изработени от тел, монтирани в потока на канала (виж Ю.
В добре познатите усилватели при малки стъпки на телената намотка се нарушава термичният контакт на издатината (телта) с повърхността на тръбата, което причинява значителен спад в топлинната ефективност на телената намотка.
Известен метод за интензифициране на топлообмена чрез извършване на периодични пръстеновидни издатини върху вътрешната повърхност на топлообменния елемент. Същността на този метод е следната. Периодично разположените пръстеновидни жлебове са назъбени по външната повърхност на тръбата, докатоот вътрешната страна на тръбата са оформени пръстеновидни диафрагми с гладка конфигурация. Пръстеновидните диафрагми и жлебове турбулизират потока в пристенния слой и осигуряват интензификация на топлообмена извън и вътре в тръбите. В същото време външният диаметър на тръбите не се увеличава, което прави възможно използването на тези тръби в тесни снопове и да не се променя съществуващата технология за сглобяване на топлообменници (Dreitser G.A., Shcherbachenko I.K. Изследване на интензификацията на топлообмена в тръби с пръстеновидни турбулатори с гладка конфигурация // "Ракетно-космически системи". Колекция от резюмета на статии на студенти, докторанти и млади учени. M .: MAI Publish ing House. 2000. P. 96-1 00).
Основните недостатъци са неоптималните геометрични характеристики на турбулаторите, което, от една страна, води до запушване на тракта и увеличаване на неговото хидравлично съпротивление, а от друга страна, не позволява получаването на оптимални условия за топлообмен.
За прилагането на този метод има метод за интензифициране на топлообмен и топлообменен елемент, оборудван с тръби със спирално набраздяване (Назмиев Ю.Г., Конахина И.А. Интензификация на топлообмена по време на потока на вискозен флуид в тръби със спирално набраздяване. Топлоенергетика. 1993. № 11. стр. 59-62).
Недостатъкът на този топлообменен елемент е повишеното му хидравлично съпротивление, намаляването на якостта на надлъжно разрушаване, причинено от образуването на концентрации на напрежение по време на пластична деформация на стената на топлообменния елемент в процеса на изпъкналост.
Известен е метод за интензифициране на топлообмена и топлообменен елемент за осъществяване на този метод, който е тръба, изработена от тел под формата на стегната пружина, чиито намотки са здраво закрепени. (Патент на България за полезен модел № 62694, F28D 7/00, F28D 11/04 - прототип).
Посоченият топлообменен елемент е направен от тел с определено напречно сечение, например кръгла, от проста или легирана стомана с определен ъгъл на спиралата, последвано от заваряване на ставите с лазерен лъч или запояване.
С протичането на течности по пътя на потока на тези елементи, процесът на разрушаване на пристенния ламинарен подслой значително се засилва, на входния ръб на елемента се образува вихрова структура, незаглушена по целия път на потока на пружинния топлообменен елемент, което допринася за увличането на термохидродинамичната ефективност на предложения топлообменен елемент.
Наличието на спирални издатини върху външната повърхност на усуканата с пружина тръба води до ефекта на оребряване на тръбата с ниски назъбени ребра с единичен старт с полукръгло напречно сечение с тяхната малка стъпка, което по този начин увеличава топлообменната повърхност.
Основните недостатъци са сложността на дизайна, свързана с наличието на голям брой заварени / запоени шевове на повърхността на тръбата, неоптимални геометрични характеристики на турбулаторите, което, от една страна, води до запушване на тракта и увеличаване на неговото хидравлично съпротивление, от друга страна, не позволява получаване на оптимални условия за топлообмен.
Целта на изобретението е да се създаде метод за интензифициране на топлообмена при намаляване на топлообменната повърхност и поддържане на топлинните характеристики, като същевременно се намалява мощността на изпомпване на топлоносителите.
Решението на този проблем се постига с факта, че в предложения метод за повишаване на ефективността на топлообменния елемент, който се състои в интензифициране на топлообмена чрез извършване на периодични пръстеновидни издатини върху вътрешната повърхност на топлообменния елемент, съгласно изобретението, топлообменният елемент е направенпод формата на спирална гъвкава тръба с турбулатори, периодично разположени на вътрешната й повърхност, за предпочитане под формата на пръстеновидни издатини, докато радиусът R на спиралата се изпълнява в рамките на 0,05
По-ниската стойност на определеното съотношение 0,05≤D/R≤0,25 е избрана въз основа на факта, че при по-нататъшното му намаляване няма интензификация на топлообмена.
Горната стойност на определеното съотношение 0,05≤D/R≤0,25 е избрана въз основа на факта, че с по-нататъшното му увеличаване се блокира хидравличният път на топлообменния елемент, което води до увеличаване на неговото хидравлично съпротивление.
По-ниската стойност на определеното съотношение 0,85≤d/D≤0,98 е избрана въз основа на факта, че при по-нататъшното му намаляване не настъпва интензификация на топлообмена.
Горната стойност на зададеното съотношение 0,85≤d/D≤0,98 е избрана въз основа на факта, че с по-нататъшното му увеличаване се блокира хидравличният път на топлообменния елемент, което води до увеличаване на неговото хидравлично съпротивление.
Горната стойност на определеното съотношение 0,45≤t/D≤0,6 е избрана въз основа на факта, че с по-нататъшното му увеличаване практически няма интензификация на топлообмена, поради факта, че поради достатъчно голямата дължина между турбулаторите, потокът има време да се стабилизира.
По-ниската стойност на определеното съотношение 0,45≤t/D≤0,6 е избрана въз основа на факта, че с по-нататъшното му намаляване се увеличава хидравличното съпротивление на тракта на топлообменния елемент.
Същността на изобретението е илюстрирана с чертежи, където фигура 1 показва общ изглед на топлообменния елемент, фигура 2 е надлъжен разрез на топлообменния елемент с размери.
Предложеният метод може да се реализира с помощта на топлообменен елемент със следния дизайн.
На вътрешната повърхност на тръбата 1 турбулаторите 2 са направени под формата на спирални издатини, като се вземат предвид следните съотношения: радиусът R на спиралата е 0,05≤D/R≤0,25, където D е вътрешният диаметър на тръбата, R е радиусът на спиралата, докато вътрешният диаметър d на издатините е 0,85≤d/D≤0,98, а стъпката t между тях е 0,45≤t/D≤0,6.
Предложеният метод може да се реализира с помощта на посочения топлообменен елемент, както следва.
Охлаждащата течност се подава във входа на тръбата 1 и се насочва към изхода. Наличието на турбулатори 2 върху вътрешната повърхност на тръбата 1 води до ефекта на оребряване на тръбата 1 с ниски назъбени едностранни ребра с полукръгло напречно сечение с тяхната малка стъпка, което по този начин увеличава топлообменната повърхност.
Внедряването на турбулатори 2 на вътрешната повърхност на топлообменния елемент ви позволява значително да интензифицирате преноса на топлина поради завихрянето на потока от усуканите елементи на елемента и разделителните потоци на первазите, направени под формата на част от кръг.
С протичането на течности в проточната част на предложените елементи, процесът на разрушаване на пристенния ламинарен подслой значително се засилва, на входния ръб на елемента се образува вихрова структура, незаглушена по цялата проточна част на топлообменния елемент, което допринася за увеличаване на топлинната и хидродинамичната ефективност на предложения топлообменен елемент, докато поради изпълнението на конструктивните елементи в зададените граници, хидравличното съпротивление на пътя на топлообменният елемент практически не се променя.
Метод за повишаване на ефективността на топлообменния елемент, който се състои в интензифициране на топлопреминаването чрез извършване на периодични пръстеновидни издатини върху вътрешната повърхност на топлообменния елемент,характеризиращ се с това, че топлообменният елемент е направен под формата на спирална гъвкава тръба с турбулатори, периодично разположени на вътрешната му повърхност, за предпочитане под формата на пръстеновидни издатини, докато радиусът R на спиралата е направен в рамките на 0,05≤D/R≤0,25, където D е вътрешният диаметър на тръбата, R е радиусът на спиралата, вътрешният диаметър d на издатините е в рамките на 0,85≤d/D ≤0,98, а стъпката t между тях е в рамките на 0,4 5≤t/D≤0,6.