Теплообменная труба Советский патент 1993 года по МПК F28F1/40 

Изобретение относится к теплотехнике и Может быть использовано в теплообмен- но(| аппаратуре, в частности, в системах охлаждения энергетического оборудования, криогенной аппаратуре.

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

На фиг.1 дан общий вид теплообменной трубы; на фиг.2 - зависимость температуры стеНки трубы от скорости движения охлаждающего теплоносителя при установке спи- лент с различным шагом закрутки и бЈз спиральной ленты; на фиг.З - 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 размещенную внутри нее по 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 (tcm) определена из уравнений

СЛ

с

oo

о

ю ю ю

4

Q а (tcm -1), f-CP-(t -t ),

(1)

где Q - тепловая нагрузка на один канал системы охлаждения, .а- коэффициент теплообмена в канале, F - поверхность теплообмена канала, t (t + t)/2 - средняя температура, охлаждающего теплоносителя в канале, t, t - температура теплоносителя соответственно на входе в канал и на выходе из него, W - среднерасходная скорость теплоносителя, f - площадь поперечного сечения канала.

Коэффициенты теплообмена в прямоугольном канале с ленточными завихрителя- ми рассчитываются по формуле

N43 0.023 R651 Rra43(1 +h/S)1405 (2) щ 1,727-0,927(1+h/S)

где Ыиз «з da/A- обобщенный коэффициент теплообмена,

Res Wsds/v - критерий Рейнольдса,

Rr- критерий Прандтля, da - эквивалентный диаметр проходного сечения канала, вычисленный с учетом загромождения сечения завихрителем, А- коэффициент теплопроводности теплоносителя, v- коэффициент кинематической вязкости теплоносителя.

Коэффициенты теплообмена в канале без ленточных завихрителей (Nuo % do/A) рассчитаны по формуле М.А.Михеева.

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

N

ДР-W-f

(3)

где ЛР Ј р - потери напора в канале, ; - КПД агрегата, Ј - коэффициент гидравлического сопротивления, р - плотность теплоносителя.

Коэффициент гидравлического сопротивления в канале с ленточными завихрите- лями (Јз) рассчитан по формуле

Јз 0,334 (1 +h/S)

,9.4

(4) 50

55

02 0,5-0,25(1 +h/S).

Коэффициент потерь на трение в канале без интенсификаторов вычислен по формуле Блазиуса

0

5

0

5

0

5

0

На фиг.2 приведены результаты расчетов температуры стенки в зависимости от скорости теплоносителя при удельной тепловой нагрузке q Q/F 4,41- 104 Вт/м2 (сплошные линии) и q 2,59 104 Вт/м2 (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.З сплошными линиями показана зависимость Ыз/No от шага закрутки ленточного завихрителя (N3 мощность, затрачиваемая на прокачивание охлаждающего воздуха через канал со спиральной лентой, NO - то же для канала без спиральной ленты) при тепловой нагрузке q 4,41 10 Вт/м , штриховыми - при q 2,59 х 104 Вт/м2. Цифрами 1, 2 помечены кривые затрат мощности при обеспечении температуры стенки tcm 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, отл ичающаяс ятем, 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 за- крутки ленты составляет S 8 -h.

20 60 Ш Ш Ш 220 260

Фиг. 2 -..

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.