Теплообменный элемент Советский патент 1982 года по МПК F28F13/12 

() ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть применено в вы соконапряженных теплообмённых аппара тах. Известна труба теплообменника с размещенным по ее оси стержнем, снаб женным турбулизирующимй элементами, размещенными с заданным интервалом по д)1ине трубы. Турбулизирующий элемент выполнен в виде упругого веерообразного пучка проволок, а свободны концы проволок примыкают к внутренне поверхности трубы Г 13. Недостатком такого типа теплообмё ных элементов является меньшая интен сификация теплообмена при достаточно высоком гидравлическом сопротивлении трубы, чем у теплообмённых элементов, содержащих турбулизирующие устройства в виде винтовых завихрителей потока. Известен также теплообменный элемент, содержащий винтовое турбулизирующее устройство, выполненное с диаметром, большим максимально возможного в пределах поля допусков внутреннего диаметра трубы, и имеющее тонкую винтовую кромку для устранения зазоров ее деформацией при введении вставки в трубу Г23. Недостатком таких теплообмённых элементов является большое гидравлическое сопротивление теплообменной трубы, в которую онЛ заведены. Это сопротивление обусл : злено в значительной мере наличием зоны обратных токов за трубулизирующей вставкой. Существование зоны обратных токов приводит также к пульсации расхода, что является причиной возникновения дополнительных термических напряжений в стенках теплообменной трубки, снижающих эксплуатационную надежность теплообменника. Наиболее близким к предлагаемому является элемент, содержащий трубу с турбулизирующей цилиндрической вставкой,снабженной внутри винтовыми ребрами, имеющими контакт с внутренней стенкой трубы ГЗЪ

Известному элементу присущи те же недостатки. При этом значительная доля гидравлических потерь обусловлена наличием зоны обратных токов, образующихся за турбулизатором. Эти потери не используются для интенсификации теплообмена в трубе, а приводят к бесполезной диссипации энергйи. Наличие зоны обратных токов является причиной возникновения переменных термических напряжений в стенках теплообменной трубки.

Цель изобретения - интенсификация теплообмена путем разрушения зоны обратных токов теплоносителя.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменном элементе, содержащем трубу с турбулизирующей цилиндрической вставкой внутри, снабженной винтовыми ребрами, имеющими контакт с внутренней стенкой трубы, вставка выполнена с осевым отверстием, имеющим диаметр, равный 0,13-0,15 внутреннего диаметра трубы. На чертеже изображен теплообменный элемент. Элемент содержит трубу 1, турбулизирующую цилиндрическую встав9 у 2 с винтовыми ребрами 3. Боковые поверхности ребер 3, внутренняя поверхность трубы 1 и поверхность цилиндрической вставки 2 образуют змеевиковый канал k для прохождения теплоносителя. Вдол турбулизирующей вставки 2 выполнено сквозное осесимметричное отверстие 5. Работа теплообменного элемента осу ществляется следующим образом. Поток теплоносителя, двигаясь в теплообменной трубе 1, заходит в змее ьлковый канал 4. Проходя по каналу k вдоль винтовых ребер 3, поток закручивается, что необходимо для интенсификации процесса теплообмена. Часть n тока проходит через отверстие 5 не закручиваясь. Теплоноситель, выходящий из осесимметричного отверстия 5, разрушает зону обратных токов, образующуюся за турбулизирующим устройством за счет закрутки основной части потока. Чтобы не снижались интенсифицирующие свойства элемента, отношение диаметра осесимметричного отверстия 5, выполненного во вставке 2, к внутреннему диаметру теплообменной трубы 1 равно 0,13-0,15. Такой размер отверстия 5 обеспечивает расход теплоносителя, достаточный для разрушения зоны обратных токов и не снижающий интенсифицирующие свойства турбулизатора.

Применение предлагаемого теплорбменного элемента позволяет уменьшить диссипацию энергии в зоне обратных токов, уменьшить гидравлическое сопротивление теплообменной трубы и теплообменника в целом, а также избавиться от пульсаций расхода, которые обусловлены изменением во времени осевой составляющей скорости потока з турбулизатором.

В высоконапряженных теплообменниках реализация такого устройства позволяет при сохранении интенсификации теплообмена уменьшить напор и мощность обслуживающих насосов, габариты и зататы энергии, потребляемой насосами. Предлагаемое техническое решение дает также положительный эффект в части повышения эксплуатационной ресурсной надежности при незначительных экономических затратах. Формула изобретения Теплообменный элемент, содержащий трубу с турбулизирующей цилиндрической вставкой внутри, снабженной винтовыми ребрами, имеющими контакт с внутренней стенкой трубы, отличающийся тем, что, с целью интенсификации теплообмена путем разрушения зоны обратных токов теплоносителя, циркулирующего в элементе, вставка выполнена с осевым отверстием, имеющим диаметр, равный 0,,15 внутреннего диаметру трубы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР W.+78992, кл. F 28 F 1/АО, 1975. 2.Авторское свидетельство СССР W , кл. F 28 F 1/30, 19673.Щукин В.К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. М., Машиностроение, 1970, с. 17.

/V