Теплообменная труба овального сечения Советский патент 1992 года по МПК F28F1/02 

fS ЮО /.

SB г

Использование: в конструкциях тепло- обменных труб в различных от раслях теплознергетики. Сущность изобретения: в полости теплообменной трубы овального сечения расположен турбулизатор. Турбулизачор выполнен в виде перфорированной зигзагообразной ленты. Края ленты примыкают к внутренней поверхности трубы и соединены между собой перемычкой. Последняя выполнена синусоидально гофрированной и разделяет полость трубы на каналы. Амплитуда гофров не превышает 1/6 максимального размера овала трубы. Отношение периода к амплитуде не превышает 9,6. Гофры на перемычке могут быть расположены вдоль и поперек оси трубы. 2 з п. ф-лы, 4 ил.

25 Г

о

55

Фа2,5

в

т

з

ю

00

ю (

т/л

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к конструкции теплообменной трубы.

Известна конструкция трубы теплообменника, преимущественно для водяного охладителя масла, содержаа1ая выполненный из сетки турбулизатор, расположенный внутри трубы, имеющей круглое или овальное сечение. Края сетки изогнуты по профилю трубы в виде спадающей и возрастающей ветвей, плотно прижаты под действием пружинящих сил к внутренней поверхности трубы, и центральная часть турбулизатора по всей длине выполнена волнообразной с высотой волны, равной од- ной трети наибольшего диаметра трубы.

Недостатком известной конструкции является высокое гидравлическое сопротивление трубы.

Известна конструкция теплообменной трубы некруглого сечения, преимущественно овального, выбранная в качестве прототипа, с перфорированным турбулизатором внутри, края которого изогнуты по профилю трубы. Турбулизатор выполнен в виде лен- ты, имеющей в зоне перфорации углубления с высотой, равной 0,04-0,3 наименьшего внутреннего размера трубы, и перфорация размещена с шагом, составляющем 1-6 этого же размера.

Недостатком известной конструкции является невысокая тепловая эффективность теплообменной трубы вследствие небольшой площади теплообменной поверхности турбу- лизртора.

Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности.

Целью изобретения является повышение теплообменной эффективности трубы за счет увеличения площади теплообменной поверхности турбулизатора.

Указанная цель достигается тем, что в известной теплообменной трубе овального сечения, содержащей расположенный в ее полости турбулизатор в виде пэрфориро- ванной зигзагообразной ленты, примыкающей к внутренней поверхности трубы краями, соединенными между собой перемычкой, разделяющей полость трубы на ка- налы, перемычка выполнена синусоидально гофрированной с амплитудой, не превышающей 1/6 максимального размера овала трубы, и отношением периода к амплитуде, не превышающим 9,6. Возможны следую- щие варианты расположения гофр на перемычке турбулизатора: 1) гофры на перемычке расположены вдоль оси трубы; 2) гофры на перемычке расположены поперечно относительно оси трубы.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию существенные отличия.

На фиг. 1 и 2 изображены продольное и поперечное сечения трубы теплообменника, в которой гофры на перемычке турбулизатора расположены вдоль оси трубы; на фиг. 3 и 4 - продольное и поперечное сечения трубы теплообменника, в которой гофры на перемычке турбулизатора расположены поперечно относительно оси трубы.

Теплообменная труба овального сечения 1 содержит расположенный в ее полости турбулизатор 2. Турбулизатор представляет собой перфорированную зигзагообразную ленту, примыкающую к внутренней поверхности трубы краями, соединенными между собой перемычкой, разделяющей полость трубы на каналы. Перемычка турбулизатора выполнена синусоидально гофрированной с целью увеличения площади теплообменной поверхности турбулизатора. При этом отношение периода Т к амплитуде А гофр не превышает 9,6, что соответствует увеличению площади теплообменной поверхности не менее чем на 10%. Амплитуда гофр А не превышает 1/6 максимального размера овала трубы D, что позволяет получить проходное сечение трубы не менее чем в аналоге.

Ограничение на значение Т/А получено следующим образом, Для нахождения площади волнообразной поверхности необходимо найти длину синусоиды. Известно, что синусоида задается следующей зависимостью

Y A-sin(- -X).

Длина линии в прямоугольных координатах определяется (Корн Г,, Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров./Пер. с англ, по ред. Арамановича И.Г.- М.: Наука, 1973, с. 120)

/7

1 (X) dx

где Х0, Xk - начальное и конечное значение аргумента. Для определения длины синусоиды достаточно рассмотреть ее четверть периода, т.е. провести интегрирование от до . Производя следующие подстановки

В

Т

V1 +(А-Я/Г)

( А я/Т )

2

1 + ( А тг/Т )

p

2л

Т

и выполнив преобразования, получим

1/2. L B-J V1 -m sin2(P) d P

B-E°(m),

где E(m) - полный эллиптический интеграл второго рода. Его значение находится с помощью аппроксимации многочленом (Справочник по специальным функциям. Под ред. Абрамовица М., Стиган И./Пер. с англ, под ред. Диткина В.А., Кармазиной Л.Н.-М.: Наука, 1979, с. 405)

Е (т) (1+0,4630151 т + 0 1077812 т2)+ + ( 0,2452727 т + 0,0041249 т2) In (1 /т).

После определения длины синусоиды увеличение площади теплообменной поверхности относительно плоской находится

AS

L-T/4 Т/4

100 % .

По приведенным формулам рассчитан прирост площади теплообменной поверхности в процентах в зависимости от отношения периода к амплитуде волны (T/A). Эта зависимость приведена на графике (см. фиг. 5), по которому для любых значений амплитуды и периода волны можно определить увеличение площади теплообменной поверхности.

Согласно графику значению параметра Т/А 9,6 соответствует 10%-ное увеличение площади. Для теплообменной трубы с Т/А не более 9,6 происходит увеличение площади не менее чем на 10%. Увеличение площади менее чем на 10% не приведет к

существенному росту тепловой эффективности трубы.

Один из теплоносителей омывает теп- лообменную трубу снаружи, другой протекает внутри трубы. Выполненный из ленты турбулизатор помимо турбулизации потока играет роль оребрения, создавая дополнительный тепловой поток от центра трубки к ее стенке.

Увеличение площади теплообменной поверхности перемычки турбулизатора не менее чем на 10% путем выполнения ее гофрированной ведет к увеличению теплового потока от центра трубки к ее стенке не

менее чем на 10%, а следовательно, повышает тепловую эффективность теплообменной трубы в целом.

Формула изобретения

вдоль оси трубы.

СП СЛ

3

с го

|

-vj

05

Со «Л

-ь

р

Ь-В

Фиг.З

ь