RU2033592C1 - Heat-exchange element - Google Patents
Heat-exchange element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2033592C1 RU2033592C1 RU93009730A RU93009730A RU2033592C1 RU 2033592 C1 RU2033592 C1 RU 2033592C1 RU 93009730 A RU93009730 A RU 93009730A RU 93009730 A RU93009730 A RU 93009730A RU 2033592 C1 RU2033592 C1 RU 2033592C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- holes
- pipe
- pipes
- heat
- hemispherical
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010754 BS 2869 Class F Substances 0.000 description 6
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменных аппаратах различных областей промышленности. The invention relates to heat engineering and can be used in heat exchangers of various industries.
Известны теплообменные аппараты "штыкового" типа (Справочник по теплообменникам т. 2, перевод с англ. под. ред. О.Г. Мартыненко и др. Энергоатомиздат, 1987, с. 279, рис. 11; патент США N 4106556, кл. F 28 F 9/10, 28.11.76; авт. св. СССР N 569170, кл. F 28 F 7/12, 25.06.79), в которых в качестве теплообменных элементов используются трубки Фильда (Митенков Ф.И. и др. Проектирование теплообменных аппаратов АЭС. М. Энергоатомиздат, 1988, с. 70, рис. 3.1. 3.2. ). Трубка Фильда это рекуперативный теплообменный элемент, содержащий две соосно установленные трубки, разделенные кольцевым каналом. Наружная трубка заглушена с одного торца, а канал внутренней трубки соединен с кольцевым каналом. При работе один теплоноситель омывает внешнюю поверхность наружной трубки, а другой движется в канале внутренней трубки и в кольцевом межтрубном пространстве. Known heat exchangers of the “bayonet” type (Handbook of heat exchangers vol. 2, translation from English under the editorship of OG Martynenko and other Energoatomizdat, 1987, p. 279, Fig. 11; US patent N 4106556, cl. F 28
Для интенсификации теплообмена в таких элементах используют различные методы: оребрение поверхности внутренней трубки, закрутку потока в кольцевом канале, струйное смывание поверхности теплообмена (авт. св. СССР N 1118843, кл. F 28 D 7/12, 15.10.84; авт. св. СССР N 1657922, кл. F 28 D 7/12, 23.06.91). Интенсификация теплообмена вызывает существенный рост гидравлического сопротивления внутренней полости трубки Фильда, что снижает энергетическую эффективность теплообменного элемента. Various methods are used to intensify heat transfer in such elements: finning the surface of the inner tube, swirling the flow in the annular channel, jet washing off the heat exchange surface (ed. St. USSR N 1118843, class F 28
Одним из перспективных направлений повышения эффективности теплообменных поверхностей является нанесение на поверхность регулярной системы сферических лунок (Беленький М.Я. и др. Экспериментальное исследование тепловых и гидравлических характеристик теплообменных поверхностей, формованных сферическими лунками. Теплофизика высоких температур, том 29, N 6, 1991, с. 1142-1147), усовершенствование которого осуществлено в способах теплообмена (авт. св. СССР N 1481586, кл. F 28 F 13/06, 23.05.89; авт. св. СССР N 1657930, кл. F 28 F 13/06, 23.06.91), предназначенных для интенсивного отвода теплоты при высоких тепловых нагрузках и для обеспечения равномерности температурного поля поверхности теплообмена. One of the promising directions for increasing the efficiency of heat transfer surfaces is the application of a regular system of spherical holes to the surface (Belenky M.Y. et al. An experimental study of the thermal and hydraulic characteristics of heat transfer surfaces formed by spherical holes. Thermophysics of High Temperatures, Volume 29, N 6, 1991 p. 1142-1147), the improvement of which was carried out in heat transfer methods (ed. St. USSR N 1481586, class F 28 F 13/06, 05/23/89; ed. St. USSR N 1657930, class F 28 F 13 / 06, 23.06.91) intended for intensive heat removal at high thermal loads and to ensure uniformity of the temperature field of the heat transfer surface.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство (авт. св. СССР N 1043426, кл. F 28 D 7/12, 06.05.82), содержащее две соосно расположенные трубки, разделенные кольцевым каналом, наружная из которых заглушена с торца, а внутренняя выполнена перфорированной. В таком теплообменном элементе одна среда омывает внешнюю поверхность наружной трубы, а другая поступает во внутреннюю часть внутренней трубы и через отверстия перфорации в виде пучка струй направляется в сторону заглушенного торца наружной трубы и в кольцевой межтрубный зазор. В этом теплообменном элементе высокие коэффициенты теплоотдачи достигаются за счет турбулизации пристенного потока при ударе поперечных струй о поверхность теплообмена. The closest in technical essence to the invention is a device (ed. St. USSR N 1043426, class F 28
Однако в таком устройстве значительная турбулизация пристенной зоны потока имеет место лишь вблизи заглушенного торца наружной трубы, где струи теплоносителя, перпендикулярные поверхности теплообмена, практически не подвержены негативному воздействию отработавшего потока, на остальной большей части поверхности интенсивного теплообмена существенно ниже вследствие сноса струй отработавшим потоком теплоносителя, движущимся вдоль кольцевого канала, особенно в зоне выхода, где кинетическая энергия сносящего потока велика (Perri P.P. Heat Trasfer by Convection From a Hot Gas Iet to a plane surface. Proc. Inst. Mechan. Eng. т. 168, N 30, 1954, с. 778, табл. 1). However, in such a device, significant turbulence of the near-wall zone of the flow takes place only near the muffled end of the outer pipe, where the coolant jets, perpendicular to the heat exchange surface, are practically not affected by the negative effect of the exhaust flow, on the rest of the greater part of the intensive heat exchange surface, they are much lower due to the drift removal by the spent heat flow, moving along the annular channel, especially in the exit zone, where the kinetic energy of the drift flow is high (Perri PP Heat Trasf er by Convection From a Hot Gas Iet to a plane surface. Proc. Inst. Mechan. Eng. t. 168, N 30, 1954, p. 778, Table 1).
Целью изобретения является интенсификация теплообмена. The aim of the invention is the intensification of heat transfer.
Цель достигается тем, что в теплообменном элементе, содержащем две соосно расположенные трубы, разделенные кольцевым каналом, наружная из которых заглушена с торца, а внутренняя выполнена перфорированной, на внешних боковых поверхностях обеих труб выполнены расположенные в шахматном порядке полусферические лунки с образованием на их внутренних поверхностях соответствующих полусферических выступов при этом отверстия перфорации внутренней трубы расположены в центре лунок. Продольные шаги лунок на наружной трубе равны соответствующим шагам лунок на внутренней трубе, осевые линии продольных рядов лунок наружной и внутренней труб расположены в одной радиальной плоскости элемента, при этом лунки одного поперечного ряда, выполненные на наружной трубе, смещены в направлении заглушенного торца относительно соответствующего поперечного ряда лунок внутренней трубы на половину диаметра лунки, высота полусферического выступа меньше ширины кольцевого канала, а поперечный шаг лунок на наружной трубе определяется из соотношения
S12 S где S11 поперечный шаг лунок на внутренней трубе;
S12 то же на наружной трубе;
D1н внешний диаметр внутренней трубы;
D2н внешний диаметр наружной трубы.The goal is achieved by the fact that in a heat exchange element containing two coaxially arranged pipes separated by an annular channel, the external of which is blanked from the end, and the internal is perforated, hemispherical holes are staggered on the outer lateral surfaces of both pipes with the formation on their inner surfaces corresponding hemispherical protrusions while the holes of the perforation of the inner pipe are located in the center of the holes. The longitudinal steps of the holes on the outer pipe are equal to the corresponding steps of the holes on the inner pipe, the axial lines of the longitudinal rows of the holes of the outer and inner pipes are located in the same radial plane of the element, while the holes of one transverse row made on the outer pipe are offset in the direction of the blanked end relative to the corresponding transverse a number of holes of the inner tube half the diameter of the hole, the height of the hemispherical protrusion is less than the width of the annular channel, and the transverse step of the holes on the outer tube is determined from the relation
S 12 S where S 11 is the transverse step of the holes on the inner tube;
S 12 is the same on the outer pipe;
D 1N the outer diameter of the inner pipe;
D 2N outer diameter of the outer pipe.
В предлагаемой конструкции не только возрастают коэффициенты теплоотдачи при внешнем омывании наружной поверхности трубки, сформированной полусферическими лунками (см. Беленький И.Я. и др. с. 1145, рис. 3), а также при движении потока в кольцевом канале и трубе с полусферическими выступами (см. Мигай В. К. Моделирование теплообменного оборудования. Л. Энергоатомиздат, 1987, с. 1979, рис. 5.15; Кузнецов Е.Ф. Интенсификация теплообмена в каналах воздухоподогревателей ГТУ. Тяжелое машиностроение, 1991, N 6, с. 9, рис. 2), но и полусферические выступы, расположение которых согласовано с размещением лунок на наружной поверхности внутренней трубы, защищают вытекающие из отверстий в лунках струи от сносящего потока отработавшей среды как путем экранирования их вблизи стенки наружной трубы, так и вследствие ускорения потока, направленного к лунке и участвующего в формировании смерчевых структур, способствующих устойчивости вытекающих струй. Уменьшение негативного влияния сносящего потока и усиление повторной подачи охладителя к стенке наружной трубы в виде торообразных вихрей (см. Киконадзе И.К. и др. ДАН СССР, 1986, т. 291, N 6, с. 1315) способствуют интенсификации теплообмена, что является новым свойством, присущим предлагаемому техническому решению. Поэтому заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". The proposed design not only increases the heat transfer coefficients during external washing of the outer surface of the tube formed by hemispherical holes (see Belenky I.Ya. et al. 1145, Fig. 3), as well as when the flow moves in an annular channel and a tube with hemispherical protrusions (see Migai V.K. Modeling of heat exchange equipment. L. Energoatomizdat, 1987, p. 1979, Fig. 5.15; Kuznetsov EF Intensification of heat transfer in the channels of gas heaters of gas turbines. Heavy Engineering, 1991, N 6, p. 9 , Fig. 2), but also hemispherical protrusions, location which is consistent with the placement of holes on the outer surface of the inner pipe, protect the jets flowing from the holes in the holes from the drift flow of the spent medium both by shielding them near the wall of the outer pipe and by accelerating the flow directed to the hole and participating in the formation of tornado structures that contribute to stability flowing jets. Reducing the negative influence of the drift flow and enhancing the re-supply of the cooler to the wall of the outer pipe in the form of toroidal vortices (see Kikonadze I.K. et al. DAN SSSR, 1986, vol. 291, No. 6, p. 1315) contribute to the intensification of heat transfer, which is a new property inherent in the proposed technical solution. Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".
На фиг. 1 приведен теплообменный элемент, продольное сечение; на фиг. 2 и 3 показаны сечения А-А и Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 показана развертка участка теплообменного элемента с условным изображением наружной трубы; на фиг. 5 лунка внутренней трубы; на фиг. 6 элемент кольцевого канала. In FIG. 1 shows a heat exchange element, a longitudinal section; in FIG. 2 and 3 show sections A-A and BB in FIG. 1; in FIG. 4 shows a scan of a portion of a heat exchange element with a conditional image of an outer pipe; in FIG. 5 hole of the inner tube; in FIG. 6 element of the annular channel.
Теплообменный элемент содержит две соосно установленные трубы 1 и 2, разделенные кольцевым каналом 3, наружная 2 из которых заглушена с торца 4, а внутренняя 1 выполнена перфорированной. На внешних боковых поверхностях обеих труб выполнены расположенные в шахматном порядке полусферические лунки 5 и 6 с образованием на их внутренних поверхностях соответствующих полусферических выступов 7 и 8, при этом отверстия 9 перфорации внутренней трубы 1 расположены в центре лунок 5. Продольные шаги S22 лунок 6 на наружной трубе 2 равны соответствующим шагам S21 лунок 5 на внутренней трубе, осевые линии 10 и 11 продольных рядов лунок наружной и внутренней труб расположены в одной радиальной плоскости 12 элемента, при этом лунки 6 одного поперечного ряда, выполненные на наружной 2 трубе, смещены в направлении заглушенного торца 4 относительно соответствующего поперечного ряда лунок 5 внутренней трубы на половину диаметра лунки, высота hв полусферического выступа 8 меньше ширины δк кольцевого канала 3, а поперечный шаг лунок 6 на наружной трубе определяется из соотношения
S12 S
В предлагаемом техническом решении один теплоноситель (стрелка 13, фиг. 6) омывает внешнюю поверхность наружной трубы 2, а другой (стрелка 14) движется по каналу внутренней трубы 1 в сторону заглушенного торца 4 с путевым расходом через отверстия 9, расположенные в лунках 5, и в виде множества струй (стрелка 15) направляются радиально на внутреннюю стенку наружной трубы. Другая часть потока второго теплоносителя (стрелка 16) поступает в кольцевой канал 3 со стороны торца 4 и движется в нем, омывая полусферические выступы 8, экранирующие струи 15 вблизи стенки трубы 2, лунки 5, боковые поверхности труб 1, 2, взаимодействуя со струями, вытекающими из отверстия 9 в лунках 5, частично закручивается вокруг струй, ослабляя влияние на них сносящего потока, после чего снова вместе со струями подается на внутреннюю стенку наружной трубы.The heat exchange element contains two coaxially mounted
S 12 S
In the proposed technical solution, one coolant (
Использование изобретения позволяет интенсифицировать теплообмен на внешней поверхности наружной трубы, на внутренней поверхности внутренней трубы, а также в кольцевом канале между трубами теплообменного элемента как за счет турбулизации потока полусферическими выступами на наружной трубе, так и вследствие ослабления негативного влияния сносящего потока на теплоотдачу импактных струй с помощью экранирования их выступами и усиления формирования вокруг них (струй) закрученных вихревых структур. Кроме того, предлагаемое технического решение обеспечивает повторное направление части среды к теплообменной поверхности, тем самым полнее используется ее аккумулирующая способность. The use of the invention allows to intensify heat transfer on the outer surface of the outer pipe, on the inner surface of the inner pipe, as well as in the annular channel between the pipes of the heat exchange element due to turbulence of the flow with hemispherical protrusions on the outer pipe, and due to the weakening of the negative effect of the drift flow on the heat transfer of impact jets with by shielding them with protrusions and enhancing the formation of twisted vortex structures around them (jets). In addition, the proposed technical solution provides a re-direction of part of the medium to the heat exchange surface, thereby more fully utilizing its storage capacity.
Claims (2)
где S1 1 и S1 2-поперечный шаг лунок на внутренней и наружной трубе соответственно;
D1 н и D2 н внешний диаметр внутренней и наружной трубы соответственно.2. The element according to claim 1, characterized in that the steps of the longitudinal rows of holes on the outer surface are equal to the corresponding steps of the holes on the inner surface, the axial lines of the longitudinal rows of the holes of the outer and inner pipes are located in the same radial plane of the element, while the holes of one transverse row, made on the outer pipe, offset in the direction of the muffled end relative to the corresponding transverse row of holes of the inner pipe by half the diameter of the hole, the height of the hemispherical protrusion is less than the width of the annular channel a, a transverse hole pitch on the outer surface of the tube is determined from the relationship
where S 1 1 and S 1 2 are the transverse step of the holes on the inner and outer pipe, respectively;
D 1 n and D 2 n the outer diameter of the inner and outer pipes, respectively.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93009730A RU2033592C1 (en) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | Heat-exchange element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93009730A RU2033592C1 (en) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | Heat-exchange element |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2033592C1 true RU2033592C1 (en) | 1995-04-20 |
RU93009730A RU93009730A (en) | 1996-10-27 |
Family
ID=20137662
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93009730A RU2033592C1 (en) | 1993-02-24 | 1993-02-24 | Heat-exchange element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2033592C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2476154A (en) * | 2009-12-05 | 2011-06-15 | Gm Global Tech Operations Inc | Tubular heat exchanger for a motor vehicle air conditioner |
RU2609268C1 (en) * | 2015-10-27 | 2017-02-01 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Prismatic settling chamber |
-
1993
- 1993-02-24 RU RU93009730A patent/RU2033592C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1043426, кл. F 28D 7/12, опублик. 1983. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2476154A (en) * | 2009-12-05 | 2011-06-15 | Gm Global Tech Operations Inc | Tubular heat exchanger for a motor vehicle air conditioner |
RU2609268C1 (en) * | 2015-10-27 | 2017-02-01 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Prismatic settling chamber |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2007046890A (en) | Tubular heat exchanger for egr gas cooler | |
KR102559356B1 (en) | Compact gas-gas heat exchange tube and method of manufacturing and using the same | |
KR102104145B1 (en) | Fuel bundle for a liquid metal cooled nuclear reactor | |
EP2850617B1 (en) | Fuel bundle for a liquid metal cooled nuclear reactor | |
US3854528A (en) | Heat-exchanger module | |
RU2033592C1 (en) | Heat-exchange element | |
US6019168A (en) | Heat exchangers | |
US3336974A (en) | Serpentine tube boiler | |
US4852644A (en) | Tubular heat exchanger | |
US4050511A (en) | Heat exchangers | |
CA2094783C (en) | Heat exchanger having improved tube layout | |
JPH06507705A (en) | Fuel assembly with lattice structure between the rods | |
EP1203195B1 (en) | Enhanced crossflow heat transfer | |
RU2391613C1 (en) | Shell-and-tube heat exchanger | |
SU1758382A1 (en) | Heat exchanger | |
RU2192593C1 (en) | Helical heat exchanger | |
RU2028574C1 (en) | Distributing chamber of heat exchanger | |
JPH11229817A (en) | Main steam pipe cooling system for steam turbine and steam turbine power plant | |
SU1383083A1 (en) | Heat-exchanging tube | |
RU2150644C1 (en) | Heat exchanger | |
SU1733892A1 (en) | Heat exchanger | |
RU2383814C1 (en) | Steam generator | |
SU1125460A1 (en) | Shell-and-tube heat exchanger | |
RU2513059C2 (en) | Heat-beat structure cooling circuit | |
EP2818820A1 (en) | A shell and tube equipment with a baffle structure for supporting the tubes |