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:
2009-06-16 публикация патента:
27.04.2011 |
Изобретение относится к теплообменной технике. Задачей изобретения является повышение эффективности теплоотдачи поверхности труб, а также снижение металлоемкости и уменьшение объема теплообменника. Поставленная задача решается в теплообменнике, содержащем поперечно обтекаемый пучок профильных труб в виде трех диаметрально связанных круглых цилиндров, центрального, с большим диаметром d1 , и сопряженных с ним в лобовой и кормовой частях двух других одинаковых цилиндров с меньшим диаметром d2, с треугольной компоновкой, и коллекторы с трубными досками. Используемая компоновка труб разновеликого цилиндрического профиля обеспечивает обтекание потоком теплоносителя последовательно расположенных по течению цилиндрических частей (элементов) теплоотдающей трубчатой поверхности большего диаметра d1 и находящихся между ними спаренных цилиндрических частей меньшего диаметра d2, при этом смежные кормовые и лобовые части меньшего диаметра d2 каждой из труб продольного ряда расположены симметрично относительно оси поперечного ряда труб, проходящей через центры частей большего диаметра d1, а в межтрубном пространстве пучка реализуется сложное извилистое течение потока. Указанная компоновка профильных труб обеспечивает возможность прямого и обратного рационального поперечного обтекания отрывного характера. 5 ил.
Формула изобретения
Трубчатый теплообменник, содержащий поперечно-обтекаемый пучок профильных труб в виде трех диаметрально связанных круглых цилиндров, центрального с большим диаметром d1 и сопряженных с ним в лобовой и кормовой частях двух других одинаковых цилиндров с меньшим диаметром d2, с треугольной компоновкой, и коллекторы с трубными досками, отличающийся тем, что используемая компоновка труб разновеликого цилиндрического профиля обеспечивает обтекание потоком теплоносителя последовательно расположенных по течению цилиндрических частей (элементов) теплоотдающей трубчатой поверхности большего диаметра d1 и находящихся между ними спаренных цилиндрических частей меньшего диаметра d 2, при этом смежные кормовые и лобовые части меньшего диаметра d2 каждой из труб продольного ряда расположены симметрично относительно оси поперечного ряда труб, проходящей через центры частей большего диаметра d1, а в межтрубном пространстве пучка реализуется сложное извилистое течение потока.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к теплообменной технике и может быть использовано при создании теплообменных аппаратов и устройств транспортного, промышленного и энергетического назначения, основу которых составляют поперечно обтекаемые трубчатые поверхности.
Известен теплообменник, содержащий поперечно обтекаемый пучок гладких цилиндрических 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 наружной поверхности труб и повышенная металлоемкость. Отмеченная невысокая интенсивность теплоотдачи обусловлена тем, что для указанных компоновок труб одинакового диаметра характерно наличие малоактивных рециркуляционных зон между лобовой и кормовой частями наружной поверхности труб с неэффективной отрывной структурой потока и недостаточным уровнем его турбулентности. В наибольшей мере указанные недостатки проявляются в системах с коридорным (линейным) расположением труб.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является трубчатый теплообменник, содержащий поперечно обтекаемый пучок профильных труб в виде двух сопряженных цилиндрических труб разных диаметров d1>d2 с линейной и треугольной разбивкой, и коллекторы с трубными досками [2].
Недостатком этого теплообменника является существенное снижение эффекта дополнительной турбулизации потока при изменении его направления на противоположное, когда трубы с указанной конфигурацией в пучке с треугольной разбивкой располагаются по отношению к потоку лобовой частью поверхности с большим диаметром d1 , а кормовые части труб меньшего диаметра d2 оказываются в аэродинамической "тени" (кожухотрубные теплообменники с внутренними перегородками, котельные трубные пучки и др.).
Задачами изобретения являются повышение эффективности теплоотдачи трубчатой поверхности, снижение металлоемкости и уменьшение объема теплообменника.
Поставленные задачи решаются в трубчатом теплообменнике, содержащем поперечно обтекаемый пучок профильных труб в виде трех диаметрально связанных круглых цилиндров, центрального, с большим диаметром d1 , и сопряженных с ним в лобовой и кормовой частях двух других одинаковых цилиндров с меньшим диаметром d2, с треугольной компоновкой, и коллекторы с трубными досками, отличающимся тем, что используемая компоновка труб разновеликого цилиндрического профиля обеспечивает обтекание потоком теплоносителя последовательно расположенных по течению цилиндрических частей (элементов) теплоотдающей трубчатой поверхности большего диаметра d1 и находящихся между ними спаренных цилиндрических частей меньшего диаметра d2, при этом смежные кормовые и лобовые части меньшего диаметра d2 каждой из труб продольного ряда расположены симметрично относительно оси поперечного ряда труб, проходящей через центры частей большего диаметра d1, а в межтрубном пространстве пучка реализуется сложное извилистое течение потока.
При осуществлении изобретения могут быть получены следующие технико-экономические результаты:
1. Повышение эффективности теплоотдачи поверхности путем дополнительной турбулизации потока при поперечном обтекании пучков труб трехцилиндрического симметричного профиля, обусловленной положительным влиянием на поток частей труб с меньшим диаметром, формирующих рациональные условия отрывного обтекания частей труб с большим диаметром.
2. Повышение компактности поверхности и снижение металлоемкости теплообменника при использовании профильных разноцилиндрических труб.
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 треугольной (шахматной) компоновкой труб; на фиг.4 - схема разбивки труб в трубных досках при треугольной компоновке, сечение A-A на фиг.2; на фиг.5 - вариант разбивки труб в трубных досках при треугольной компоновке.
При работе трубчатого теплообменника, содержащего пучок профильных труб 1 и коллекторы 2 с трубными досками 3 (фиг.1), 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 треугольной схеме расположения профильных труб (фиг.1-5) их лобовые цилиндрические части с меньшим диаметром d2 одновременно выполняют роль дополнительного турбулизатора потока и интенсифицируют теплоотдачу поверхности последующей центральной части труб с большим диаметром d1. При этом спаренные кормовые и лобовые цилиндрические части труб меньшего диаметра d2 достаточно полно обтекаются потоком теплоносителя, направленное действие вектора которого формируется в проходных сечениях между частями труб с большим диаметром d1 . В этих условиях течение в межтрубных зазорах принимает сложную извилистую форму, значительно активизируя отрывный механизм взаимодействия потока с поверхностью теплообмена при дополнительной его турбулизации.
В представленной схеме расположения труб трехцилиндрического профиля реализуется возможность прямого и обратного рационального 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 2350873 C2. Трубчатый теплообменник / А.А.Анисин // БИ. - 2009. - № 9.
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) |