трубчатый теплообменник
Классы МПК: | F28D7/00 Теплообменные аппараты с неподвижными трубчатыми каналами для двух теплоносителей, причем оба теплоносителя контактируют с разделяющими стенками канала |
Автор(ы): | Анисин Андрей Александрович (RU) |
Патентообладатель(и): | ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-03-05 публикация патента:
27.03.2009 |
Изобретение относится к теплообменной технике. Теплообменник содержит поперечно-обтекаемый пучок профильных труб с поверхностью в виде сопряженных круглых цилиндров с разными наружными диаметрами, большим и меньшим, и коллекторы с трубными досками. При линейной (коридорной) компоновке лобовые и кормовые части разных диаметров каждой из труб последовательно чередуются в продольных и поперечных рядах пучка, при треугольной (шахматной) компоновке трубы в пучке расположены навстречу потоку лобовой частью меньшего диаметра. В каждом компоновочном варианте межтрубное пространство представляет собой продольные конфузорно-диффузорные каналы переменного сечения. Конструкция обеспечивает повышение эффективности теплоотдачи трубчатой поверхности, снижение массы и металлоемкости при уменьшении габаритов теплообменника. 5 ил.
Формула изобретения
Трубчатый теплообменник, содержащий поперечно обтекаемый пучок профильных труб в виде двух сопряженных круглых цилиндров с разными наружными диаметрами, большим d1 и меньшим d2, с линейной (коридорной) или треугольной (шахматной) компоновкой, и коллекторы с трубными досками, отличающийся тем, что используемые компоновки труб разновеликого двухцилиндрического профиля обеспечивают обтекание последовательно расположенных по потоку цилиндрических частей (элементов) теплоотдающей трубчатой поверхности разных диаметров d1 и d 2, при этом лобовые и кормовые части разных диаметров (d 1>d2) каждой из труб чередуются в продольных и поперечных рядах пучка при линейной (коридорной) компоновке, при треугольной (шахматной) компоновке трубы в пучке расположены навстречу потоку лобовой частью меньшего диаметра d2, и в каждом компоновочном варианте трубчатой поверхности в межтрубном пространстве реализуется конфузорно-диффузорное и извилистое течение потока.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов и устройств транспортного, химического и энергетического машиностроения, основу которых составляют поперечно-обтекаемые трубчатые поверхности.
Известен теплообменник, содержащий поперечно-обтекаемый пучок труб одинакового диаметра с прямоугольной или треугольной разбивкой и коллекторы с трубными досками [1, с.7-8, рис.1.1а; с.25-26, табл.1.5].
Недостатком такого теплообменника является пониженная эффективность теплоотдачи поверхности труб и невысокая компактность поверхности теплообмена, обусловленные тем, что трубный пучок выполнен из труб одинакового диаметра.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является теплообменник, содержащий поперечно-обтекаемый пучок труб двух разных диаметров и коллекторы с трубными досками [2].
Недостатком этого теплообменника являются сравнительно низкая эффективность теплоотдачи и повышенная металлоемкость.
Отмеченное снижение интенсивности теплоотдачи поверхности обусловлено тем, что трубы меньшего диаметра, дополнительно используемые в схемах коридорной и шахматной компоновок труб большего (основного) диаметра с соответствующей прямоугольной и треугольной разбивкой в трубных досках, не позволяют в полной мере реализовать возможный уровень турбулентности потока из-за стесненности межтрубного пространства, при которой турбулентность периодически вырабатывается и подавляется. Кроме того, использование труб большего и меньшего диаметров конструктивно реализуется только в виде шахматной (треугольной) схемы компоновки труб большего и меньшего диаметров.
Задачей изобретения являются повышение эффективности теплоотдачи трубчатой поверхности, снижение металлоемкости и уменьшение объема теплообменника.
Указанная задача решается в трубчатом теплообменнике, содержащем поперечно-обтекаемый пучок профильных труб в виде двух сопряженных круглых цилиндров с разными наружными диаметрами, большим d1 и меньшим d2, с линейной (коридорной) или треугольной (шахматной) компоновкой и коллекторы с трубными досками, отличающийся тем, что используемые компоновки труб разновеликого двухцилиндрического профиля обеспечивают обтекание последовательно расположенных по потоку цилиндрических частей (элементов) теплоотдающей трубчатой поверхности разных диаметров d1 и d 2, при этом лобовые и кормовые части разных диаметров (d 1>d2) каждой из труб чередуются в продольных и поперечных рядах пучка при линейной (коридорной) компоновке, при треугольной (шахматной) компоновке трубы в пучке расположены навстречу потоку лобовой частью меньшего диаметра d2, и в каждом компоновочном варианте трубчатой поверхности в межтрубном пространстве реализуется конфузорно-диффузорное и извилистое течение потока.
При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технико-экономические результаты:
1. Повышение эффективности теплоотдачи за счет дополнительной турбулизации потока при поперечном обтекании трубы двухцилиндрического профиля, обусловленной положительным влиянием на поток цилиндрической части поверхности трубы с меньшим диаметром, формирующей рациональные условия отрывного обтекания последующих кормовых или предшествующих лобовых цилиндрических частей поверхности труб с большим диаметром.
2. Уменьшение шага разбивки труб в трубных досках за счет использования труб разновеликого двухцилиндрического профиля и соответствующее повышение компактности поверхности теплообмена и снижение металлоемкости теплообменника.
На фиг.1 изображена схема трубчатого теплообменника, продольный разрез; на фиг.2 - элемент поверхности трубного пучка с трубными досками; на фиг.3 - аксонометрическое изображение элемента трубчатой поверхности с линейной (коридорной) компоновкой труб; на фиг.4 - схема разбивки труб в трубных досках при линейной (коридорной) компоновке, сечение А-А на фиг.2; на фиг.5 - схема соответствующей разбивки труб в трубных досках при треугольной (шахматной) компоновке.
При работе трубчатого теплообменника, содержащего пучок профильных труб 1 и коллекторы 2 с трубными досками 3, тепло от горячего теплоносителя, проходящего внутри труб, через стенки передается холодному теплоносителю, поперечно-омывающему наружную поверхность труб. Эффективность процесса теплопередачи в пучке определяется в значительной мере интенсивностью теплоотдачи между наружной поверхностью и омывающим ее теплоносителем.
При линейной схеме расположения профильных труб (фиг.4) их части с меньшим радиусом образующей цилиндрической теплоотдающей поверхности одновременно выполняют роль дополнительного турбулизатора потока и интенсифицируют теплоотдачу последующей кормовой или предшествующей лобовой частей труб с большим радиусом образующей цилиндрической поверхности. В то же время цилиндрические части каждой трубы меньшего диаметра d2, находящиеся в аэродинамическом следе частей труб большего диаметра d1, в достаточной мере омываются с обеих сторон потоком, направленное действие вектора которого формируется в более узких диагональных сечениях между цилиндрическими частями труб большего диаметра d1 и способствует при этом также определенному повышению интенсивности теплоотдачи частей труб меньшего диаметра d2 с большей кривизной поверхности. В этих условиях течение теплоносителя в межтрубных зазорах принимает извилистую зигзагообразную форму, характерную для щелевых профилированных каналов, что значительно активизирует механизм взаимодействия потока с поверхностью теплообмена.
При треугольной схеме расположения профильных труб с указанной конфигурацией (фиг.5) на каждой отдельной трубе в потоке также реализуется дополнительный турбулизирующий эффект лобовой части с меньшим радиусом образующей цилиндрической поверхности, определяющий повышение интенсивности теплоотдачи поверхности кормовой части труб большего диаметра d1.
В каждой из представленных схем расположения труб разновеликого двухцилиндрического профиля реализуются особенности конфузорно-диффузорного течения потока, обеспечивающие рациональные условия отрывного поперечного обтекания и повышение эффективности теплоотдачи трубчатой поверхности с наружной стороны.
Источники информации
1. Бажан П.И. и др. Справочник по теплообменным аппаратам / П.И.Бажан, Г.Е.Каневец, В.М.Селиверстов. - М.: Машиностроение, 1989. - 368 с./
2. Пат. RU 2006780 С1. Трубчатый теплообменник. БИ №2,1994.
Класс F28D7/00 Теплообменные аппараты с неподвижными трубчатыми каналами для двух теплоносителей, причем оба теплоносителя контактируют с разделяющими стенками канала
теплообменный аппарат - патент 2527772 (10.09.2014) | |
газожидкостный кожухотрубный теплообменник с автоматической системой управления процессом теплообмена - патент 2523454 (20.07.2014) | |
теплообменный элемент - патент 2522759 (20.07.2014) | |
кожухотрубный теплообменник - патент 2516998 (27.05.2014) | |
устройство для компримирования и осушки газа - патент 2516675 (20.05.2014) | |
трубчатый теплообменник - патент 2511840 (10.04.2014) | |
теплообменник-реактор - патент 2511815 (10.04.2014) | |
теплообменная система для дезодоратора - патент 2506513 (10.02.2014) | |
теплообменник типа "труба в трубе" - патент 2504723 (20.01.2014) | |
теплообменник - патент 2504717 (20.01.2014) |