Теплообменная труба

 

Использование:для интенсификации теплообмена в теплообменных трубах энергетического оборудования. Сущность изобретения: канал теплообменной трубы выполнен прямоугольным. Соотношение длин сторон сечения канала 1/2... 1/3. Режим течения теплоносителя турбулентный. В канале размещена спиральная лента. Ее ширина h равна длине меньшей стороны сечения канала. Шаг S закрутки ленты составляет S 8h. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

P Е СПУБЛИК (51)я F 28 F 1/40

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4929261/06 (22) 19.04.91 (46) 15.03.93, Бюл. N - 10 (71) Научно-исследовательский институт радиотехнических измерений (72) А.А.Алексахин . (56) Авторское свидетельство СССР

N l210050, кл. F 28 F 1/40, 1986..

Авторское свидетельство СССР й. 1250828, кл. F 28 F 1/40, 1985. (54 ТЕПЛООБМЕННАЯ ТРУБА Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменно аппаратуре. в частности, в системах охлаждения энергетического оборудования, криогенной аппаратуре.

Целью изобретения является интенси. фикация теплообмена в канале прямоугольного поперечного сечения с соотношением длин сторон 1/2 — 1/3 при турбулентном режиме течения теплоносителя.

На фиг.1 дан общий видтеплообменной трубы; на фиг.2 — зависимость температуры стенки трубы от скорости движения охлаждающего теплоносителя при установке спиральных лент с различным шагом закрутки и без спиральной ленты; на фиг.3 — зависимость отношения мощности, затрачиваемой на транспорт теплоносителя через трубу со спиральной лентой, к мощности на транспорт в трубе без спиральной ленты при обеспечении требуемой температуры стенки трубы в зависимости от шага закрутки.

Теплообменная труба прямоугольного поперечного сечения 1 содержит размещен„„5U„„1802294 А1 (57) Использование:для интенсификации теплообмена в теплообменных трубах энергетического оборудования. Сущность изобретения: канал теплообменной трубы выполнен прямоугольным. Соотношение длин сторон сечения канала 1/2...1/3, Режим течения теплоносителя турбулентный.

В канале размещена спиральная лента. Ее ширина !1 равна длине меньшей стороны сечения канала. Шаг S закрутки ленты составляет S < 8h. 3 ил, ную внутри нее rlo всей длине спиральную ленту 2. Закрепление спиральной ленты 2 в трубе 1 может быть выполнено с помощью подшипниковых опор, либо с помощью упругих проволочных упоров, устанавливаемых на спиральной ленте 2, либо другим способом, более подходящим к конкретной конструкции системы охлаждения.

Оценка эффективности использования ленточных завихрителей в виде спиральных лент в системах охлаждения в зависимости от относительного шага закрутки полосы

S/h выполнена при условии обеспечения допустимой температуры элементов системы при заданной тепловой нагрузке, Например для сердечников тяговых электродвигателей из условия надежной работы электроизоляции. температура не должна превышать 100 — 120 С.

Температура стенки трубы (т,) определена из уравнений

0 = а F(lcm — t), Q=W f Ср (с -с ). (1) 1802294 где Π— тепловая нагрузка на один канал системы охлаждения, й- коэффициент теплообмена в канале, F — поверхность теплообмена канала, t =- (т + с)/2 — средняя 5 температура охлаждающего теплоносителя в канале, t t — температура теплоносителя соответственно на входе в канал и на выходе из него, IIN — среднерасходная скорость теплоносителя, f — площадь поперечного 10 сечения канала.

Коэффициенты теплообмена в прямоугольном канале с ленточными завихрителями рассчитываЮтся Ilo формуле

15 (2) Nug= 0,023 REg" Rr (1+ h/S) п1 = 1,727 — 0,927(1 + h/S) ЛР W f

yl (3) 40 где Ь P =(р . Ф/2 — потери напора в канале, г/ — КПД агрегата, ф — коэффициент гидравлического сопротивления, р — плотность теплоносителя, 45

Коэффициент гидравлического сопротивления в канале с ленточными эавихрителями (фз) рассчитан по формуле

@=0334 . РЕз "(1+h/S) (4) 50 пг = 0,5 — 0,25 (1 + h/S).

Коэффициент потерь на трение в канале без интенсификаторов вычислен по формуле Блэзиуса 55 где Nug = аз бз/А — обобщенный коэффици- 20 ент теплообмена, Вез = И/здз/и — критерий Рейнольдса, Rr — критерий Прандтля, бз — эквивалентный диаметр проходного сечения канала, вычисленный с учетом загромождения сечения завихрителем, А — коэффициент теплопроводности теплоносителя, v — коэффици "ент кинематической вязкости теплоносителя.

Коэффициенты теплообмена в канале 3 без ленточных завихрителей (Nîp = Qp дp/À) рассчитаны по формуле M.А,Михеева.

Величина мощности приводных агрегатов вентиляторов и т.п. затрачиваемой на прокачивание теплоносителя, определена по формуле

На фиг.2 приведены результаты расчетов температуры стенки в зависимости от скорости теплоносителя при удельной тепловой нагрузке р = Q/F = 4,41 10 Втlм (сплошные линии) и q = 2,59 10 Вт/м (штриховые линии). Соотношение длин сторон поперечного сечения равно 0,33 — 0,5.

Цифрой 1 на фиг.2 помечены кривые для канала без завихрителя, цифрами 2, 3, 4, 5, 6 для трубы с завихрителями соответственно при S/h = 30, 20, 12, 8, 6. Как свидетельствуют приведенные данные, требуемая температура стенок в канале с завихрителями может быть обеспечена при более низкой скорости, При этом для канала с интенсификацией теплообмена рост потерь напора компенсируется снижением скорости в такой мере, что для определенных параметров спиральной ленты обеспечивается снижение затрат мощности на транспорт теплоносителя. На фиг.3 сплошными линиями показана зависимость Мз/Np от шага закрутки ленточного завихрителя (Язв мощность, затрачиваемая на прокачивание охлаждающего воздуха через канал со спиральной лентой, N — то же для канала без спиральной ленты) при тепловой нагрузке

q = 4 41 10 Вт/м, штриховыми — при q =

4 2

=2,59 х 10 Вт/м, Цифрами 1, 2 помечены г кривые затрат мощности при обеспечении температуры стенки т, = 100 С и tcm

120 С. соответственно.

Анализ приведенных зависимостей показывает, что применение спиральных лент с шагом закрутки S < 8 h обеспечивает наибольший эффект снижения затрат мощности: на 17 — 30 в зависимости от тепловой нагрузки и требуемой температуры поверхности.

Для прямоугольных каналов с соотношением длин сторон поперечного сечения

Ь/а < 1/5 возможно использование двух или более ленточных завихрителей, Формула изобретения

Теплообменная труба, содержащая канал с размещенной внутри него спиральной лентой, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью интенсификации теплообмена при турбулентном режиме течения теплоносителя в канале, имеющем прямоугольное поперечное сечение с соотношением длин сторон

1/2 ... 1/3, ширина h ленты равна длине меньшей стороны сечения канала, а шаг закрутки ленты составляет 5 < 8 h.

1802294

1ст, с фО

БО f00 ДО 480 ЫР 260

0,7

0,6

4 z а ю ю Я N 5/ф

Фиг. 3

Составитель А,Алексахин

Редактор В.Фельдман Техред М.Моргентал Корректор М.Шароши

Заказ 845 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