Теплообменник Советский патент 1992 года по МПК F28D1/06 

Изобретение относится к теплообменным аппаратам, применяемым для обмена тепловой энергией между жидкостью и газом или воздухом, конкретнее к радиаторам транспортных средств и стационарных установок, и может использоваться в отраслях энергетического и транспортного машиностроения.

Известен теплообменник, содержащий пучки вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин, образующих плоские каналы постоянного по длине поперечного сечения,

В связи с тем, что смежные пластины образуют плоские каналы постоянного по длине поперечного сечения, то воздушный поток, проходя по каналам каждого пучка вертикальных труб, не встречает на своем пути разрушение ядра струи на элементарные струи при входе потока в последующие пучки труб. В связи с этим разрушение пограничного слоя в этих каналах не достигается, что в целом снижает турбулизацию воздушного потока, и, как следствие, приводит к снижению интенсификации теплообмена.

Известен также теплообменник, содержащий секции,собранные из двух одинаковых пучков вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин с одинаковым шагом, Образующих плоские каналы постоянного по длине поперечного сечения.

В бвязи с тем, что секции выполнены из двух одинаковых пучков вертикальныхтруб, снабженных общим оребрением в виде пластин с одинаковым шагом, образующих плоские каналы постоянного поперечного сечения по длине, то это обстоятельство не дает возможности распространить эффект высокой теплопередачи перед фронтом последующих пучков труб, а также по глубине их каналов, так как воздушный поток, проходя по каналам каждого пучка, не встречает на своем пути разрушение пограничного слоя в этих каналах, что в целом снижает турбулизацию воздушного потока, и, как следствие, приводит к снижению интенсификации теплообмена.

Наиболее близкимпо технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является теплообменник, содержащий пучки вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин, образующих плоские каналы постоянного по длине поперечного сечения,

В этом теплообменнике между пучками вертикальных труб размещена дополнительно гофрированная сетка, которая уменьшает проходное сечение каналов перед входом воздушного потока в последующие каналы второго пучка труб, что ведет к увеличению аэродинамического сопротивления на 15 - 17%, уменьшению массовой

скорости воздуха, просасываемого через последующие пучки труб, и тем самым к снижению числа Рейнольдса пропорционально скорости движения воздуха, что приводит к снижению турбулизации потока

0 и, как следствие, снижает коэффициент теплопередачи на 8 - 10%. С другой стороны, в таком теплообменнике при неизменном подводе мощности на мотор-вентилятор снижается расход воздуха, просасываемого

5 через пучки труб, а, чтобы повысить интенсивность теплообменника, необходимо увеличить мощность мотор-вентиляторов пропорционально величине его аэродинамического сопротивления (гофрированной

0 сетке). Кроме того, в этом теплообменнике струи воздушного потока при прохождении в каналах по глубине пучка труб не разрушают пограничного слоя в каналах. Это обстоятельство снижает также турбулизацию

5 воздушного потока в каналах и приводит в целом к снижению интенсификации теплообмена.

Цель изобретения - повышение интенсификации теплообмена.

0Указанная цель достигается тем, что в

теплообменике, состоящем из пучков труб, снабженных оребрением в виде пластин, образующих плоские каналы постоянного по длине поперечного сечения, пластины в

5 каждом пучке расположены с переменным шагом, чередующи1у ся по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в пучке составляет 1:3, причем каналы меньшего сечения расположены соосно ка0 налам большего сечения другого пучка.

Благодаря тому, что пластины в каждом пучке расположены с переменным шагом, чередующимся по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в

5 пучке составляет 1:3, при этом каналы меньшего сечения расположены соосно каналам большего сечения другого пучка, на входе в последующий пучок вертикальных труб воздушный поток разбивается пластинами на

0 мелкие струйки и течение его по каналам сопровождается следующим процессом. Так, при истечении потока из канала меньшего сечения первого по ходу воздуха пучка труб поток входит в канал большего

5 сечения следующего пучка труб по его центральной части, а по его периферийной части направляются потоки из каналов большего сечения, охватывающих канал меньшего сечения по ходу воздуха пучка труб. В связи с этим происходит разрушение пограничного слоя в канале большего сечения следующего пучка труб, что вызывает дополнительную турбулизацию в его канале из-за взаимодействия центрального и периферийного потоков, что способствует увеличению тепловой эффективности теплообменника и приводит к интенсификации теплообмена.

При истечении потока из смежного канала большего сечения по ходу воздуха пучка труб часть потока входит в канал меньшего сечения следующего пучка труб, а другая часть его направляется в канал большего сечения, охватывающих канал меньшего сечения следующего пучка труб. В связи с этим течение воздушной средына входе в канал как большего, так и меньшего сечения следующего пучка труб вызывает разрушение пограничного слоя в каналах из-за взаимодействия этих потоков. Это способствует увеличению турбулизации воздушного потока в смежных каналах иприводит к интенсификации теплообмена в целом.

Благодаря тому, что каналы меньшего сечения расположены соосно и выполнены с соотношением размеров в поперечном сечении, равным 1:3, и их выпускные и впускные кромки в cooтвetcтвyющиx каналах пучка труб расположены напротив друг друга, при истечении воздушной среды из каналов первого пучка по ходу воздуха в соосные каналы последующего пучка труб достигается выравнивание расходов воздуха и скоростей по всему сечению каналов, что спосрбствует снижению аэродинамического сопротивления.

Так, при истечении потока воздуха из канала меньшего сечения, расположенного против канала большего сечения другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/3 часть расхода воздуха, а через периферию его канала втекает также по 1 /3 части потока воздуха из каналов большего сечения, охватывающих указанный канал меньшего сечения.

При истечении потока воздуха из канала большего сечения, расположенного против канала меньшего сечения, и части каналов большего сечения другого пучка труб, в последни / втекает по оси его 1/3 часть расхода воздуха, а по периферии каналов большего сечения, охватывающих указанный канал меньшего сечения, втекает по 1 /3 части расхода воздуха. Это обстоятельство приводит к тому, что по глубине и высоте последующих пучков обеспечивается равномерное разрушение пограничного слоя в каждом его канале, что в целом

рационально способствует интенсификации теплообмена.

При изменении соотношения поперечных сечений каналов в сторону их увеличения или уменьшения снижаются оптимальные характеристики теплообменника, так как изменение поперечных сечений каналов создает в первую очередь неравномерность распределения расходов воздуха по каналам, что вызывает неравномерность разбиения пластинами потока воздуха и приводит к неравномерности турбулизации потоков в каналах, что в целом снижает тепловую эффективность теплообменника и приводит к снижению эффективности интенсификации теплообмена.

Так, например, при соотношении поперечных сечений каналов 1:2 не обеспечивается выравнивание расходов воздуха и скоростей по сечению каналов, так как при истечении потока воздуха из канала большего сечения, расположенного против канала меньшего сечения другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/2 часть расхода воздуха, а по периферии каналов большего сечения, охватывающих указанный канал меньшего сечения, втекает по 1/4 части расхода воздуха. При истечении потока из канала меньшего сечения, расположенного против канала большего сечения другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1 /2 часть расхода воздуха, а через периферию его канала втекает также по 1 /4 части потока воздуха из каналов большего сечения, охватывающих указанный канал меньшего сечения.

Это приводит к тому, что по глубине и высоте последующего пучка труб не обеспечивается равномерное разрушение пограничного слоя в каждом ее канале. Это в целом снижает интенсификацию теплообмена.

При соотношении поперечный сечений каналов 1:4 также не обеспечивается выравнивание расходов и скоростей по сечению каналов, так как при истечении потока воздуха из канала большего , расположенного против канала меньшего сечения другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/4 часть расхода воздуха, а по периферии каналов большего сечения, охватывающих указанный канал меньшего сечения, втекает по 3/8 части расхода воздуха. При истечении потока воздуха из смежного канала меньшего сечения, расположенного против канала большего сечения другого пучка, в последний втекает по его оси 1 /4 часть расхода воздуха, а через периферию его канала втекает по 3/8 части потока воздуха из каналов большего сечения.

охватывающих указанный канал меньшего сечения. Это также приводит к тому, что по глубине и высоте последующего пучка не обеспечивается равномерное разрушение пограничного слоя в каждом ее канале, что в целом снижает интенсификацию теплообмена.

Таким образом, благодаря отношению поперечных сечений соседних каналов в пучке 1:3 и описанному расположению каналов большего и меньшего сечений в пучках обеспечивается в последующих пучках равномерное перераспределение расходов потока по всем каналам как по высоте, так и по глубине пучка. Это позволяет одновременно сохранить одинаковую скорость истечения воздушного потока как на входе, так и на выходе из последующих пучков труб за счет неизменного сечения самих каналов, что, в свою очередь, снижает аэродинамическое сопротивление воздушному потоку.

В целом разделение потока воздуха в каналах при входе во второй пучок труб на три части (при соотношении поперечных сечений 1 /3) ведет к разрушению пограничного слоя воздуха по всей длине ка.налов более эффективно. Этому способствует то обстоятельство, что при входе потока воздуха во второй пучок труб в каналах, например, большего сечения, образуются при истечении потока воздуха за выпускной кромкой каналов первого пучка одновременно три ядра струи. Одно из них размещено по оси канала, а два других охватывающие среднее ядро струи, что способствует интенсивному взаимодействию самих ядер струй между С0(бой, интенсивному взаимодействию этих потоков между собой по длине каналов и интенсивному вихреобразованию потоков непосредственно у всех стенок каналов, что в целом повышает интенсификацию теплообмена.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается тем, что пластины в каждом пучке расположены с переменным шагом, чередующимся по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в пучке составляет 1:3, причем каналы меньшего сечения расположены соосно каналам большего сечения другого пучка.

Нафиг.1 изображен теплообменник, общий вид; на фиг.2 - узел I на фиг. 1, расположение пластин в пучках труб.

Теплообменник содержит пучки 1 и 2 вертикальных труб 3, снабженных общим оре рением в виде пластин 4.

Трубы 3 пучков 1 и 2 установлены в трубных досках 5, скрепленных с коллекторами 6. Пластины 4 образуют плоские каналы 7 и 8 постоянного по длине поперечного сечения. При этом пластины 4 в каждом пучке 1 и 2 расположены с переменным шагом а и Ь, чередующимся по длине труб 3, а отношение поперечных сечений соседних каналов 7 и 8 в пучке составляет 1:3. При этом каналы 8 меньшего сечения расположены соосно каналам 7 большего сечения другого пучка.

Теплообменник работает следующим образом.

Охлаждаемая вода направляется через коллектор 6 в трубы 3, вмонтированные в трубные доски 5 пучков 1 и 2, и выходит через коллектор 6, расположенный на противоположных концах пучков 1 и 2 (фиг.1). Охлаждающий атмосферный воздух проходит по воздушным каналам 7 и 8, образованным трубами 3 и смежными парными пластинами 4, установленными в каждом пучке 1 и 2 с чередующимися по ширине шагом а и b (фиг.2). Пройдя первый пучок 1, охлаждающий поток воздуха поступает во второй пучок 2, где воздушный поток на входе разбивается пластинами 4 на мел.кие струйки и тем самым разрушается пограничный слой в каналах 7 и 8, что интенсифицирует теплообмен во втором пучке 2.

Технико-экономические преимущества предлагаемого теплообменника выражаются в повышении интенсификации теплообмена за счет дополнительной принудительной турбулизации потока воздуха на входе во второй пучок 2 без значительного увеличения аэродинамического сопротивления.

Формула изобретения

Теплообменник, содержащий пучки вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин, образующих плоские каналы постоянного по длине поперечного сечения, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена, пластины в каждом пучке расположены с переменным шагом, чередующимся по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в пучке составляет 1:3, причем каналы меньшего сечения расположены соосно каналам большего сечения другого пучка.

Фи7..2

Изобретение относится к теплообмен- ным аппаратам, применяемым для обмена тепловой энергией между жидкостью и газом или воздухом, конкретнее к радиаторам транспортных средств и стационарных установок, и может использоваться в отраслях энергетического, и транспортного машиностроения. Цель изобретения - повышение интенсификации теплообмена. Теплообменник содержит пучки (П) 1 и 2 вертикальных труб 3, снабженных общим оребрением в виде пластин 4. Трубы 3 П 1 и 2 установлены в трубных досках 5, скрепленных с коллекторами 6. Пластины 4 образуют плоские каналы (К) 7 и 8 постоянного по длине поперечного сечения. При этом пластины 4 в каждом П 1 и 2 расположены с переменным шагом айв, чередующимся по длине труб 3, а отношение поперечных соседних К 7 и 8 в каждом П 1 и 2 составляет 1:3, причем К 8 меньшего сечения расположены соосно К 7 большего сечения другого пучка, что позволяет разбивать воздушный поток, выходящий из П 1, пластинами на мелкие струйки, взаимодействующие между собой перед фронтом последующих пучков и тем самым достичь разрушения пограничного слоя в К 7 и 8. 2 ил.(Лсczю VJо ю