Теплообменная труба

Изобретение предназначено для применения в теплообменных устройствах, используемых в различных отраслях промышленности. Теплообменная труба содержит сферические лунки, расположенные рядами вдоль оси трубы по всей ее длине, выполненные на ее внешней и внутренней поверхностях, причем глубины h и h₁, радиусы R и R₁ лунок на внешней и внутренней поверхностях подчиняются соотношениям:

hh₁, RR₁; 0<hR; 0<h₁R₁.

Сферические лунки могут размещаться в шахматном порядке. Изобретение позволяет получить оптимальные характеристики теплопередачи и гидросопротивления теплообменной трубы в целом.

2 н.п. ф-лы ПМ, 3 илл.

Заявляемая полезная модель относится к теплообменным трубам и может быть использована для увеличения теплоотдачи в теплообменник устройствах, применяющихся в различных отраслях промышленности.

Известна теплообменная труба с выступами сферической формы, направленными внутрь трубы и расположенными в шахматном порядке, причем труба выполнена с геометрическими соотношениями:

где h - высота выступов;

d - внутренний диаметр трубы;

d_осн - диаметр основания выступов;

s₁, s ₂ - шаги между центрами выступов, соответственно, вдоль и перпендикулярно оси трубы (авторское свидетельство СССР 1638535 А1, F28F 1/10 опубл. 30.03.1991 г., Бюл. 12)

К недостаткам данного устройства следует отнести недостаточно оптимальные характеристики теплообмена и гидравлического сопротивления теплообменной трубы в целом. Очевидно, что если на внешней поверхности теплообменной трубы нанести (отштамповать) сферические углубления оптимальных размеров с точки зрения получения максимальной интенсивности теплоотдачи, то выступы на внутренней поверхности трубы будут иметь не оптимальные размеры с точки зрения гидродинамики и теплообмена, а такие, какие получаются. Размеры выступов в данном случае будут зависеть от толщины стенки трубы, от конкретной технологии штамповки и ряда других факторов. Аналогично, чтобы получить на внутренней поверхности трубы выступы оптимальных размеров с точки зрения получения максимальной интенсивности теплоотдачи и минимального гидросопротивления, на внешней поверхности трубы придется наносить сферические углубления не оптимальных размеров с точки зрения гидродинамики и теплообмена.

В результате, теплообменная труба в целом будет иметь недостаточно оптимальные характеристики теплообмена и гидравлического сопротивления.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является теплообменная труба, профилированная сферическими лунками, которые располагаются на внешней поверхности трубы рядами вдоль оси трубы по всей ее длине с ориентацией в первом, четвертом, седьмом и последующих рядах четырех лунок под углом =90° относительно друг друга, во втором, пятом, восьмом и последующих рядах трех лунок под углом =120° относительно друг друга, в третьем, шестом, девятом и последующих рядах трех лунок под углом =120° относительно друг друга, но со сдвигом ориентации лунок данных рядов на 60° относительно лунок второго, пятого, восьмого и последующих рядов, выполнена с геометрическими соотношениями:

где h - глубина лунки; d_л - диаметр лунки; d - внутренний диаметр трубы; s - шаг между центрами лунок вдоль оси трубы (патент РФ 2105260 C1, F28F 1/10, опубл. 20.02.1998 г.).

К недостаткам данного устройства следует отнести недостаточно оптимальные характеристики теплопередачи и гидравлического сопротивления теплообменной трубы в целом. Очевидно, что если на внешней поверхности теплообменной трубы нанести (отштамповать) сферические углубления оптимальных размеров с точки зрения получения максимальной интенсивности теплоотдачи, то выступы на внутренней поверхности трубы будут иметь не оптимальные размеры с точки зрения гидродинамики и теплообмена, а такие, какие получатся. Размеры выступов в данном случае будут зависеть от толщины стенки трубы, от конкретной технологии штамповки и ряда других факторов. Аналогично, чтобы получить на внутренней поверхности трубы выступы оптимальных размеров с точки зрения получения максимальной интенсивности теплоотдачи и минимального гидросопротивления, на внешней поверхности трубы придется наносить сферические углубления не оптимальных размеров с точки зрения гидродинамики и теплообмена. В результате, теплообменная труба в целом будет иметь недостаточно оптимальные характеристики теплопередачи и гидравлического сопротивления.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в получении оптимальных характеристик теплопередачи и гидросопротивления теплообменной трубы в целом путем выполнения сферических лунок на внешней и внутренней поверхностях трубы.

Технический результат достигается тем, что в теплообменной трубе, профилированной сферическими лунками, которые располагаются на внешней поверхности трубы рядами вдоль оси трубы по всей ее длине, новым является то, что сферические лунки выполнены на внутренней поверхности трубы, причем глубины h и h₁ , радиусы R и R₁ лунок на внешней и внутренней поверхностях подчиняются отношениям:

hh₁, RR₁; 0<hR; 0<h₁R₁.

Сферические лунки могут также размещаться в шахматном порядке.

Сущность заявляемой полезной модели поясняется на фиг.1, 2, 3, где:

Фиг.1 - развертка теплообменной трубы;

Фиг.2 - сечение теплообменной трубы, перпендикулярное к ее оси;

Фиг.3 - развертка теплообменной трубы при шахматном порядке размещения сферических лунок.

1, 2 - внешняя и внутренняя поверхности обтекания теплообменной трубы, соответственно; 3 - сферическая лунка; 4 - сферический выступ; 5 - ось теплообменной трубы; R и h - радиус и глубина лунок на внешней поверхности обтекания; R₁ и h₁ - радиус и глубина лунок на внутренней поверхности обтекания.

Заявляемая полезная модель содержит внешнюю 1 и внутреннюю 2 поверхности обтекания теплообменной трубы, на которых расположены сферические лунки 3 и сферические выступы 4 рядами вдоль оси теплообменной трубы 5. Глубины h и h₁, радиусы R и R₁ лунок 3 на поверхностях обтекания 1 и 2 подчиняются соотношениям:

hh₁, RR₁; 0<hR; 0<h₁R₁.

Сферические лунки могут также размещаться в шахматном порядке.

Заявленная полезная модель работает следующим образом. Потоки среды обтекают внешнюю 1 и внутреннюю 2 поверхности обтекания. В сферических лунках 3 образуются самосохраняющиеся вихревые структуры. При обтекании сферических выступов 4 также образуются вихри. Вихри непрерывно обновляют пограничный слой на поверхностях лунок 3 и выступов 4, вследствие чего резко интенсифицируется теплопередача теплообменной трубы, а также оптимизируется гидросопротивление обеих поверхностей обтекания. В результате получаются оптимальные характеристики теплопередачи и гидросопротивления теплообменной трубы в целом.

Необходимо отметить, что сочетание сферических лунок и выступов на одной и той же поверхности обтекания дает новый эффект. Он заключается в том, что вихри, образующиеся после обтекания сферических выступов, увеличивают интенсивность турбулентности потока среды, обтекающего сферические лунки, что приводит к существенному росту коэффициента теплоотдачи последних.

Практическое изготовление заявляемой полезной модели может быть осуществлено двухсторонней штамповкой с формированием теплообменной трубы требуемого диаметра и последующей сваркой стыка.

1. Теплообменная труба, профилированная сферическими лунками, которые располагаются на внешней поверхности трубы рядами вдоль оси трубы по всей ее длине, отличающаяся тем, что сферические лунки выполнены на внутренней поверхности трубы, причем глубины h и h₁, радиусы R и R₁ лунок на внешней и внутренней поверхностях подчиняются отношениям:

hh₁, RR₁; 0<hR; 0<h₁R₁.

2. Теплообменная труба по п.1, отличающаяся тем, что сферические лунки могут размещаться в шахматном порядке.