Теплообменная труба
Владельцы патента RU 2334188:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет (ФГОУ ВПО АГТУ) (RU)
Изобретение относится к области холодильной техники и может быть использовано, например, в кожухотрубных испарителях для интенсификации теплообмена. Техническим результатом изобретения является интенсификация процесса теплоотдачи при кипении в трубах парожидкостного теплоносителя, что позволяет уменьшить габариты теплообменного оборудования при использовании предлагаемых труб. Теплообменная труба имеет на внутренней поверхности участок, выполненный в виде полуцилиндра в нижней ее части по всей длине трубы, с шероховатостью большей, чем шероховатость верхней половины трубы. При этом в трубу плотно вставлен ленточный турбулизатор, имеющий щелевые зазоры в верхней части и зафиксированный пайкой. 6 ил.
Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано, например, в кожухотрубных испарителях для интенсификации теплообмена.
Известны теплообменные трубы со спиральными ребрами и винтовым наружным оребрением в виде ленты (а.с. 1513367 и а.с. 1334869, СССР).
Известные теплообменные трубы с интенсификацией внутритрубного кипения сложны в изготовлении, металлоемки и создают значительное гидравлическое сопротивлением потоку рабочего вещества.
Известен трубопровод для транспортировки газожидкостной среды с малым расходным влагосодержанием, содержащий винтообразную направляющую канавку, выполненную на его внутренней поверхности в виде однозаходного винтообразного углубления (а.с. 1249210, СССР).
В известном трубопроводе винтообразное углубление снижает гидродинамическое сопротивление расслоенного потока из жидкости и газа путем снижения толщины жидкостной пленки на внутренней поверхности трубопровода, однако интенсификация теплообмена изобретением не предусмотрена.
Известно устройство для получения заданного напора струи воздуха или газа, выполненное в виде глухого канала с боковыми отверстиями, который снабжен спиралью с рассчитанным шагом (а.с. 423948, СССР).
В известном устройстве также не предусмотрена интенсификация теплообмена.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является устройство для закручивания потока, содержащее размещенный на внутренней поверхности трубопровода спиралевидный участок с повышенным гидравлическим сопротивлением, выполненный в виде полосы с шероховатостью большей, чем шероховатость внутренней поверхности трубопровода (а.с. 1560844, СССР).
Известное устройство для закручивания потока не предусматривает его теплообмен с другой средой.
Техническим результатом предложенного изобретения является интенсификация процесса теплоотдачи при кипении в трубах парожидкостного теплоносителя.
Можно отметить, что коэффициент теплоотдачи α от пара к стенке в десятки раз меньше, чем от жидкости к стенке, поэтому необходимо увеличить контакт жидкости со стенкой для увеличения общего теплообмена. Технический результат достигается тем, что теплообменная труба содержит размещенный на внутренней поверхности цилиндрический участок с повышенным гидравлическим сопротивлением и ленточный турбулизатор. Согласно изобретению участок выполнен в виде полуцилиндра в нижней части по всей длине трубы с шероховатостью большей, чем шероховатость верхней поверхности трубы. Ленточный турбулизатор плотно вставлен в трубу и зафиксирован пайкой, причем в верхней своей части имеет щелевидные зазоры, равные 0,1d (где d - внутренний диаметр трубы).
На чертежах показана предлагаемая теплообменная труба, где на фиг.1 - продольный разрез; фиг.2 - вид сбоку; фиг.3 - распределение фаз теплоносителя без ленточного турбулизатора; фиг.4 - распределение фаз теплоносителя при наличии ленточного турбулизатора; фиг.5 - ленточный турбулизатор и фиг.6 - труба с ленточным турбулизатором в аксонометрии.
Теплообменная труба 1 имеет на внутренней поверхности участок 2, выполненный в виде полуцилиндра, в нижней ее части по всей длине трубы, с шероховатостью большей, чем шероховатость верхней половины трубы. Ленточный турбулизатор 3 плотно вставлен в трубу 1 и зафиксирован пайкой 4. Теплоноситель, например холодильный агент R407C, в трубе 1 разделяется на две фазы: верхняя 5 - паровая и нижняя 6 - жидкостная. Турбулизатор 3 в верхней своей части имеет щелевые зазоры 7 с размером а=0,1d мм.
Участок 2 может быть выполнен, например, с искусственной шероховатостью, полученной спеканием микрочастиц, или в ином исполнении, что увеличивает число активных центров парообразования и ведет к интенсификации процесса кипения движущегося по трубе 1 двухфазного теплоносителя, например холодильных агентов. Ленточный турбулизатор 3 может быть изготовлен из ленты цветного металла (латунь, медь и т.д.) или из нержавеющей стали.
Теплообменная труба работает следующим образом.
При входе в трубу 1 поток парожидкостной смеси закручивается турбулизатором 3 и тем самым принудительно заставляет жидкость подниматься по стенке трубы 1 вверх, смачивать ее поверхность и через щели 7 перетекать в соседний канал, образованный стенкой турбулизатора и трубы. При этом доля контакта жидкости со стенками трубы 1 достигает до 100%, что обеспечивает увеличение коэффициента теплоотдачи на 20÷60%. Турбулизация потока также способствует увеличению конвективной теплоотдачи. Поверхность шероховатого участка 2 способствует интенсификации процесса кипения теплоносителя за счет роста числа активных центров парообразования и тем самым увеличивает коэффициент теплоотдачи α на 30%.
Предлагаемая теплообменная труба проста в изготовлении. Ленточные турбулизаторы изготавливаются отдельно и легко монтируются в предлагаемую трубу. Замена в существующих кожухотрубных испарителях теплообменных труб с внутритрубной интенсификацией на предлагаемые трубы с кипением рабочего вещества снизит их общий вес и увеличит общую холодопроизводительность на 40% при тех же самых габаритах.
Теплообменная труба, содержащая размещенный на внутренней ее поверхности цилиндрический участок с повышенным гидравлическим сопротивлением и ленточный турбулизатор, отличающаяся тем, что участок выполнен в виде полуцилиндра в нижней ее части по всей длине трубы с шероховатостью большей, чем шероховатость верхней поверхности трубы, а ленточный турбулизатор плотно вставлен в трубу и зафиксирован пайкой, причем в верхней своей части имеет щелевой зазор, равный 0,1d.
