Витой теплообменник

 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в микрокриогенной технике. Цель изобретения - интенсификация теплообмена путем равномерного распределения потока в трубках. Это достигается тем, что каждый ряд N-рядного теплообменника состоит из двух частей 9 и 10, включающих одинаковое число витков. Участок 3 из первого ряда трубок последовательно соединен с участком 6 из N-го ряда, участок 2 из второго ряда соединен с участком 5 из (N-1)-го ряда и т.д. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ISIIS F 25 В 9/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-; с

Д (o)-

1

1 (21) 4764114/06 (22) 11.08.89 (46) 30.07.91. Бюл. М 28 (71) Одесский технологический институт холодильной промышленности (72) В.А.Наер, М.Б.Кравченко и М.Ж.Шахбаз (53) 621.57(088.8) (56) Дилевская Е.В. Криогенные микротеплообменники, М.: Машиностроение, 1978, с.39.

„„50„„1666885 А1 (54) ВИТОЙ ТЕПЛООБМЕННИК (57) Изобретение относится к теплообменным аппаратам и может быть использовано в микрокриогенной технике. Цель изобретения — интенсификация теплообмена путем равномерного распределения потока в трубках. Это достигается тем, что каждый ряд п-рядного теплообменника состоит из двух частей 9 и 10, включающих одинаковое число витков. Участок 3 из первого ряда трубок последовательно соединен с участком б из и-го ряда, участок 2 из второго ряда соединен с участком 5 из (n-1)-го ряда и т.д, 3 ил.

1666885

На фиг.2 показаны расчетные схемы предлагаемого теплообменника и прототипа в простейшем случае, когда число рядов трубок равно двум. R1 и R2 — гидравлические сопротивления участков, соответственно внутреннего и наружного рядов.

Можно считать, что сопротивление участков пропорционально их длине, следовательно

V I Go R1 Goe

S (R1+ R2) S (e+1) R1 = aD1, R2 = aD2, где а — коэффициент пропорциональности;

D1 и D2 — диаметры навивки соответственно первого и второго рядов теплообменника, D1

Обозначим — = е

02

Гидравлическое сопротивление прототипа

2 В1R2

R1+ R2 гидравлическое сопротивление теплообменника предлагаемой конструкции

Nug (х — — Ке "Ч

Il 1 1 + 2 О1 + О2

2 2 — а

О1 =0.2 =А(— )

50 2

Следовательно, гидравлическое сопро где А — коэффициент пропорциональности. тивление предлагаемого теплообменника

В прототипе равно сопротивлению двух параллельно подсоединенных трубок с диаметром навивки, равным среднему диаметру навивки.

Площадь внутренней поверхности труОтношение гидРавлических сопРотив- бок в пре агаемой конструкции

55 лений предлагаемого теплообменника и

I1 11 F прототипа Е1 =F2

R 4R1R2 4е

II где Fo - общая поверхность теплообменниR (R1 + R2) (e+ 1)2

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, применяемым преимущественно в микрокриогенной технике.

Цель изобретения — интенсификация теплообмена путем равномерного распределения потоков в трубках.

На фиг,1 изображен витой теплообменник; на фиг.2 — схемы соединения трубок, где R1 и R2 — гидравлические сопротивления участков, соответственно внутреннего и наружного рядов; на фиг.3 — графики зависимости увеличения среднего коэффициента теплоотдачи от отношения, диаметров навивки первых двух рядов.

Теплообменник состоит из шести участков 1 — 6 трубок с одинаковым числом витков, навитых на сердечник 7 и помещенных внутри корпуса 8. Каждая трубка геплобмен ника включает два последовательно соединенных участка 9 и 10. Участки 1 и 6 из внутреннего ряда последовательно соединены с участками 4 и 3 из наружного ряда, а участки

2 и 5 среднего ряда соединены между собой.

Следовательно, R > R так как е всегда

ll 1

<1, Определим расходы хладагента, для этого примем общий расход хладагента, 5 равным Go. о

Расход в трубках теплообменника предлагаемой конструкции

11 11 о 1 =G2

10 Расход хладагента во внутреннем ряде прототипа

1 Go R Go 2 R1R2 Go R2

2 Я1 2 R1(R1+R2) Н1+Р2

Расход во внешнем слое прототипа

Gî R Go R1

62

2 R2 Rl + 2

Отношение расходов в трубках прототипа

61 В2 1

R1 е

Если S — сечение трубки теплообменника, то скорость хладагента в трубках для предлагаемой конструкции равна

Go

25 V

Для прототипа

Go R2 Go

S (Р1 + R2) S (е + 1)

Известно, что конвективный теплообмен при течении внутри труб описывается уравнением вида

m К

Nu= Re P2 где m = 0,25...0,75.

Так как условия теплоотдачи во всех тру40 бах одинаковы

45 Следовательно, коэффициент теплоотдачи в трубах пропорционален скорости в степени m, поэтому в предлагаемой конструкции

1666085

В прототипе

Fe Е . 1 Е, (е+ 1) (е+ 1)

Находим средний коэффициент теплоотдачи внутри труб, осредняя его по расходу 5 хладагента и поверхности теплообменника

Для предлагаемой конструкции средний коэффициент теплоотдачи равен

1 (1)m (1) +1

2 2 2

Для прототипа

15 (е + le+1)(е +p (e+TQ e+ 1{e+ 1) д 1 . е 6 е „с. а,, о Go

Г е е +1 1 ее-е1 (Е+1) + (a+1) + f (е +1) +

Отношение средних коэффициентов теплоотдачи

„1 m+2

25 а 2 1е(е +1)

На фиг,З приведены графики зависимости увеличения (в процентах) среднего коэффициента теплоотдачи от отношения диаметров навивки первых двух рядов. При 30 одинаковом диаметре труб, если число ря. дов более двух, нетрудно определить соотношение между диаметрами навивки остальных рядов.

Из графиков видно, что средний коэффициент теплоотдачи внутри труб возрастает с увеличением числа рядов труб и с уменьшением отношения диаметров навивки. Таким образом, данная конструкция позволяет увеличить средний коэффициент теплоотдачи и уменьшить гидравлическое сопротивление теплообменника, Формула изобретения

Витой теплообменник, содержащий и рядов оребренной трубки, навитых на сердечник, отл и ч а lo ùè и с ятем, что, с целью интенсификации теплообмена путем равномерного распределения потоков в трубках, каждый ряд A-рядного теплообменника состоит из двух частей с одинаковым числом витков, причем участок из первого ряда трубок последовательно соединен с участком из и-го ряда, участок из второго ряда последовательно соединен с участком из (п-1)-го ряда, а каждый последующий участок из первого ряда трубок соединен соответственно с предыдущим участком трубок из второго ряда.

1666885

05 оо

102

Редактор М.Товтин

Заказ 2515 Тираж 329 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

АФ С0%

20 о8

Фиг. 3

Составитель Н.Алексеева

Техред M.Moðãåíòàë Корректор Л,Бескид