Высокотемпературная теплообменная труба

 

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в энергетических установках с высокотемпературным теплоносителем. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности и уменьшение габаритов. Теплообменная труба 1 содержит неподвижную засыпку шаров 2 одинакового диаметра, размещенную между проницаемыми пластинами 3 и 4. Диаметр шаров 2 составляет 0,15-0,25 внутреннего диаметра трубы. 2 ил,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 28 F 13/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фн мп

° ы

0 б

OO

0 ь

Ф (21) 4756709/06 (22) 04,11.89 (46) 15.12.91. Бюл. М 46 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) Б.В. Сударев, B.Á. Сударев, С.Л. Деменок и В,В. Медведев (53) 621.565.94 (088.8) (56) Патент США N. 3921711, кл. F 28 F 13/12, 1975.

Изобретение бтносится к теплоэнергетике и может быть использовано в транспортных энергетических установках, преимущественно с высокотемпературным теплоносителем.

Известные теплообменные трубы с интенсификаторами теплообмена, выполненными в виде неподвижной плотной засыпки шаров.

При работе теплоноситель течет между частицами засыпки параллельно стенкам.

Интенсивность теплосъема с поверхности трубы возрастает вследствие увеличения скорости движения теплоносителя вблизи стенки трубы, с одной стороны, и благодаря теплопроводности между стенкой и засыпкой шаров, с другой стороны. Эффективность теплообменных труб с шаровым заполнением обеспечивает целесообразность их использования в компактных транспортных теплообменниках.

В известной аплообменной трубе диаметры шаров засыпки меньше диаметра. трубы 0 настолько, что засыпку можно рассматривать, как квазигомогенную систему (о/О - О). Однако теплогидравлическая эф. Ы „1698614 А1 (54) ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ТЕПЛООБМЕННАЯ ТРУБА (57) Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в энергетических установках с высокотемпературным теплоносителем. Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности и уменьшение габаритов. Теплообменная труба 1 содержит неподвижную засыпку шаров

2 одинакового диаметра, размещенную между проницаемыми пластинами 3 и 4. Диаметр шаров 2 составляет 0,15-0,25 внутреннего диаметра трубы. 2 ил. фективность таких засыпок невелика. В таблице приведены отношения факторов аналогии Рейнольдса (r = a/Ü Р, а коэффициент теплоотдачи от стенки теплообменной трубы; b, Р— перепад давлений на входе и выходе иэ трубы для различных значений d/D, отнесенных к фактору аналогии Рейнольдса ro при d/D -б О.

Из таблицы видно, что теплогидравлическая эффективность теплообменных труб растет с увеличением отношения d/D. Более того, при d/D 0:15 с уменьшением величины d/D коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к теплоносителю падает. В шарах, размещенных абпизи стенки, наблюдается градиент температур, который при больших температурных напорах порожда- в ет большие термические напряжения, спо-, собные вызвать разрушение шаров и, следовательно, потерю работоспособности теплообменной трубы. Все это снижает эффективность и надежность известной теплообменной трубы.

Нвиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению явля1698614 ется теплообменная труба, содержащая засыпку из шаров, диаметр которых несколько больше радиуса трубы (d/О >0,5).

При работе теплоноситель течет между шарами параллельно стенке трубы. Шары турбулизируют поток теплоносителя, вытесняют его к стенке трубы, за счет чего увеличивается интенсивность теплосъема с поверхности трубы. Увеличение величины

d/D до 0,5 и более позволяет повысить теплогидравлическую эффективность шаровой засыпки (см. таблицу). Однако при движении-по теплообменной трубе высокотемпературного теплоносителя шары находятся в области высоких градиентов температур, обуславливающих термические напряжения, способные вызвать разрушение шаров и потерю работоспособности теплообменной трубы. Кроме того, при d/D > 0,15 с увеличением величины d/D коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к теплоносителю падает, что приводит к необходимости увеличения длины трубы при заданных ее диаметре и тепловом потоке, Указанные особенности снижают надежность и увеличивают габариты известной теплообменной трубы, Целью изобретения является повышение надежности работы и компактности теплообменной трубы за счет выбора оптимального соотношения между диаметрами трубы и шаров засыпки.

Указанная цель достигается тем, что в теплообменной трубе диаметром О, содержащей неподвижную засыпку шаров одинакового диаметра d, размещенную между проницаемыми пластинами (сетками), со гласно изобретению диаметр шара засыпки определяется из соотношения d/D = 0,2

4-0,05, 8 такой теплообменной трубе теплоноситель омывает шары, турбулизируется, вытесняется шарами к стенке и движется возле нее с большей скоростью, чем в центре трубы, вследствие увеличения локальной поразности шаровой засыпки. Все это обуславливает рост интенсивности теплосъема с поверхности трубы. При движении в трубе высокотемпературного теплоносителя целесообразно применять керамические или стальные шары, для которых зависимость безразмерного коэффициента теплоотдачи а = а/а (индекс "0", как и выше, относится к засыпке с б/О - О) от отношения d/D, полученная на основе опытов, приведена на фиг, 2а. Из фиг. 2а видно, что максимум теплосъема достигается при

d/О 0,15, Величина градиента температур достигается в трубе, заполненной шарами, 45

На фиг. 1 показан продольный разрез теплообменной трубы с шаровой засыпкой.

Теплообменная труба 1 содержит неподвижную засыпку шаровых элементов 2, размещенную между проницаемыми пластинами (сетками) 3, 4.

При работе теплоноситель через сетку 3 поступает в теплообменную трубу 1, обтекает шаровые элементы 2, обеспечивает требуемый теплосъем со стенок трубы 1 и удаляется через сетку 4 иэ теплообменной трубы.

Предлагаемое техническое решение по сравнению с прототипом позволяет уменьшить градиент температур и термические напряжения в шаровой засыпке, габариты обратно пропорциональна эффективному коэффициенту теплопроводности ф. На основе опытных данных для стальных и керамических шаров, размещенных в трубе, 5 выявлена зависимость безразмерной величины эффективного коэффициента теплопроводности ф = 5y/ ф от отношения б/D. Эта зависимость приведена на фиг, 2б.

Из фиг. 2б видно, что максимальное значе10 ние эффективного коэффициента теплопроводности достигается при б/О = 0,2, Величина а / ф характеризует отношение термического сопротивления слоя шаров к термическому сопротивлейию пристенной

15 зоны. На основе уже приведенных данных получена зависимость а / ф от d/О она приведена на фиг, 2в. Из фиг. 2в видно, что отношение а/5ф минимально при d/D=0,2+0.05. Наибольший теплосъем в этом

20 случае достигается при наименьшем градиенте температур в шаровой засыпке. При фиксированном диаметре тепловой трубы и тепловом потоке длину трубы можно уменьшить почти на 30;4, а градиент температур

25 в шаровой засыпке более чем в 6 раз. При значениях о/О < 0,15 резко снижается эффективная теплопроводность шаровой засыпки, а при. d/О > 0,25 — коэффициент теплоотдачи стенки трубы, что снижает на30 дежность и увеличивает габариты высокотемпературной теплообменной трубы.

Таким образом, на основе известных опытных данных получено новое неизвестное ранее соотношение между диаметром

35 тепловой трубы и диаметрами засыпанных в нее шаров, позволяющее получить новое свойство: увеличить теплосъем с поверхности высокотемпературной трубы при одновременном градиенте температур и, 40 следовательно, термических напряжений в шаровой засыпке.

1698614

01 0125 0143 О 166 020 025 033 05

1,0 1,2 1,4 1,45 1,56 1,60 1,95 2 98

d/D г/го теплообменной трубы за счет увеличения эффективного коэффициента теплопроводности засыпки шаров и коэффициента теплоотдачи на стенке трубы путем выбора оптимального соотношения диамет- 5 ров трубы и шаров и тем самым сделать высокотемпературную теплообменную трубу компактной и более надежной в работе.

Формула изобретения

Высокотемпературная теплообменная труба, содержащая неподвижную засыпку шаров одинакового диаметра, размещенную между проницаемыми пластинами, о тл и чаю ща яся тем,что, с целью повышения эксплуатационной надежности и уменьшения габаритов, диаметр шаров засыпки составляет

0,15 - 0,25 внутрен него диаметра трубы.

1698614

öÂ о о

Составитель А. Марков

Техред M.Moðråíòàë Корректор Т. Палий

Редактор О. Спесивых

Заказ 4383 Тираж 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. //

/0

Лзр б

М",Z

Q8 Ор5 ЩФ уиг.,2