Теплообменная труба

 

ТЕПЛООБМЕННАЯ ТРУБА обтекаемого профиля с лобовой и кормовой частями, несимметричными относительно мидрлева сечения, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации теплообмена в условиях сильнозапыленного газового потока, поверхность лобовой части образована двумя плоскими поверхностями, расположенными под углом 70-75°, а кормовой части - плоскими поверхностями, расположенными под углом 120-130°. (Л / Jib СО О1 Фиг,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1147915 А

4СЮ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3714526/24-06 (22) 26.03.84 (46) 30.03.85. Бюл. № 12 (72) Л. Н. Смирнов, Г. С. Стыров, Г. Н. Еловиков, Н. Г. России, А. Л. Глушков, Т. Н. Вас ильева и Т. Ю. Сема вин а (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт металлургической теплотехники цветной металлургии и огнеупоров. (53) 621.565.58 (088.8) (56) 1. Кутателадзе С. С., Боришанский В. М.

Справочник по теплопередаче. Л.— М., Госэнергоиздат, 1959, с. 132.

2. Патент Германии № 165105, кл. 46С.48, опублик. 1905. (54) (57) ТЕ ПЛООБМЕННАЯ ТРУБА обтекаемого профиля с лобовой и кормовой частями, несимметричными относительно миделева сечения, отличающаяся тем, что, с целью интенсификации теплообмена в условиях сильнозапыленного газового потока, поверхность лобовой части образована двумя плоскими поверхностями, расположенными под углом 70 — 75, а кормовой части плоскими поверхностям и, расположенными под углом 120 — 130 .

1147915

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменных аппаратах, утилизирующих тепло сильно запыленных слипающимися частицами газов печей цветной металлургии.

Известна теплообменная труба симметричного относительно плоскости миделева сечения профиля в виде двуугольника. Это труба с обтекаемым профилем образована из поверхности цилиндра, у которого вырезана часть поверхности, расположенная между двумя образующими, а оставшаяся часть согнута по образующей до смыкания свободных краев. В местах сгиба и соединения краев образуются два острых угла. В теплообменнике трубы располагаются таким образом, что вершины углов лежат в плоскости, параллельной направлению газового потока (1).

Недостатком является то, что часть поверхности, расположенная по ходу движения газа за миделевым сечением (кормовая часть), имеет пониженную эффективность теплопередачи, обусловленную наличием возле этой части поверхности ламинарной пленки.

Известна теплообменная труба обтекаемого профиля с лобовой и кормовой частями, несимметричными относительно миделева сечения (2).

Однако интенсивность теплообмена при использовании известных труб в условиях сильнозапыленного газового потока недостаточна за счет срыва пленки практически у среза кормовой части, что исключает формирование вихрей, усиливающих процессы теплообмена.

Цель изобретения — интенсификация теплообмена в условиях сильнозапыленного газового потока.

П оста вле ни а я цел ь д ости гается тем, что в теплообменной трубе обтекаемого профиля с лобовой и кормовой частями, несимметричными относительно миделева сечения, поверхность лобовой части образована двумя плоскими поверхностями, расположенными под углом 70 — 75, а кормовой части плоскими поверхностями, расположенными под углом 120 — 130 .

На фиг. 1 изображен профиль предлагаемой теплообменной трубы; на фиг. 2 профили сравниваемых теплообменных труб с одинаковой площадью теплообмена, круглого, двуугольного, четырехугольного и предлагаемых, отличающиеся поперечными размерами.

Теплообменная труба (фиг. 1) имеет лобовую часть профиля поверхности, боковую часть 2 профиля, кормовую часть 3 профиля, плоскость миделева сечения 4.

Боковая часть 2 — переходная между лобовой 1 и кормовой 3 частями, может быть образована цилиндрической, элиптической или какой-либо другой поверхностью, обеспечивающей плавный переход между

55 лобовой 1 и кормовой 3 частями. Поток горячих газов, содержащих частицы сильнослипающейся пыли повышенной концентр аци и, пропускается через теплообменник.

Газ, обтекая теплообменные трубы, соприкасается с их поверхностью и через нее отдает тепло веществу (например, холодному воздуху), прогоняемому через внутреннее пространство труб.

У лобовой части 1 поверхности труб образуется ламинарная пленка газа. Но, по-. скол ьку скоростной напор направлен к поверхности в этой части трубы, толщина пленки невелика и происходит интенсивная передача тепла из газа к поверхности. Возле боковой 2, наиболее широкой части трубы, имеющей цилиндрическую форму, скорость огибающего потока вблизи поверхности имеет наибольшее значение, поэтому теплопередача возле этой части также интенсивна.

Отрыв ламинарной пленки газа происходит в точках поверхности кормовой части

3 трубы, находящихся вблизи плоскости миделева сечения 4, так как профиль трубы несимметричен и кормовая часть укорочена. Это приводит к образованию вихрей в газовом потоке и интенсификации теплоотдачи от газа к поверхности кормовой части 3 трубы. Следовательно, возле каждой точки поверхности предложенного профиля происходит интенсивная.теплоотдача от газа к поверхности. Величины углов лобовой 1 и кормовой 3 частей поверхностей элемента выбраны из условия, при котором частицы пыли не накапливаются на поверхности трубы, т. е. действие сил инерции частиц превосходит действие сил прилипания. Поэтому, касаясь поверхности трубы и отразившись от нее, частицы передают тепло поверхности, поверхность при этом остается практически чистой.

При использовании труб круглого профиля значение коэффициента теплопередачи между средами уменьшается со временем приблизительно на 60Я от первоначального по причине постепенного заноса сильнослипающейся пылью из газа. При этом применением импульсной очистки можно удалить с поверхности трубы лишь до 30® осевшей слипающейся пыли, количество которой быстро восстанавливается.

В случае трубы двуугольного профиля значение коэффициента теплопередачи со временем практически не меняется, однако величина его невелика и совпадает с величиной коэффициента для трубы с круглым профилем, покрытой отложениями пыли.

Труба с четырехугольным профилем имеет большее значение коэффициента теплопередачи, однако его использование нецелесообразно, так как такая форма проиля приводит к проявлению наждачного эфекта, вызывающего повышенный износ нескругленных боковых частей поверхности и

1147915

ВНИИПИ Заказ 1561 33 Тираж 623 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 неоправданное повышение гидравлического сопротивления трубы.

Труба предлагаемого несимметричного профиля при углах 70 — 75 лобовой и 120—

130 кормовой частей, являющихся оптимальными, имеет высокое значен ие коэффициента теплопередачи, равное приблизительно 90Я от значения коэффициента теплопередачи трубы с круглым профилем, не покрытой отложениями, причем со временем это значение практически не меняется. 10

3 н ачен ие коэфф и циента тепл опе реда чи трубы предлагаемого профиля может быть несколько повышено посредством увеличения ширины профиля четырехугольника. При этом для предлагаемого профиля трубы значение коэффициента теплопередачи составляет 0,96 от значения коэффициента теплопередачи для трубы круглого профиля, не покрытой отложениями.

Наиболее приемлемые значения ширины предлагаемого профиля трубы теплообменной поверхности h (м) находятся в пределах (0,7 — 0,9)l, где (м) — его максимальный размер.

При углах лобовой части 1, меньших

70, эта часть заносу пылью не подвергается, однако значения среднего коэффициента теплопередачи уменьшаются вследствие того, что с уменьшением величины угла возрастает степень обтекаемости элемента поверхности. Вдоль профиля трубы начинает п реобладать ла ми нар ный режим движения газов, и теплоотдача от газов к поверхности уменьшается.

При углах, больших 75, происходит налипание пыли. Наличие наносов пыли снижает теплоотдачу от газов к поверхности теплообмена. Таким образом, оптимальные значения угла лобовой части 1 теплообменной трубы лежат в пределах 70 — 75 .

При таких значениях углов «рикошета» количество пыли, прилипающей к лобовой части 1 поверхности указанного профиля, соответствует количеству пыли, сносимой с нее. Снос слипающейся пыли обусловлен преобладанием эффекта абразивного износа прилипшей пыли частицами, обладающими инерцией, над эффектом зарастания поверхности под действием сил прилипания. Благодаря этому лобовая часть 1 поверхности трубы практически не подвержена заносу слипаю щей ся пылью.

При углах кормовой части 3, меньших

120, налипания частиц пыли на кормовой части 3 трубы не происходит. Однако происходит снижение значений коэффициента теплопередачи по причине уменьшения степени турбулизации потока возле поверхности трубы с уменьшением значений угла между образующими поверхность трубы плоскостями.

При значениях угла, больших 130, происходит осаждение пыли на кормовой части поверхности. Теплоотдача от газа к поверхности при этом падает. Таким образом, оптимальными являются для кормовой части

3 трубы теплообменной поверхности значения угла, находящиеся в пределах 120—

130 .

Таким образом, использование теплообменных труб предлагаемого профиля в теплообменниках позволяет осуществлять рекуперацию тепла горячих газов, содержащих сильнослипающуюся пыль повышенной концентрации и, поскольку поверхность труб не заносится пылью, имеет место повышенная интенсивность теплопередачи в процессе эксплуатации таких теплообменников.