Турбулизатор

 

Использование: получение интенсивной турбулентности в омывающем стенку жидкостном или газовом потоке в аппаратах химических производств. Сущность изобретения: тонкостенное тело 1 с выполненными на нем чередующими в шахматном порядке выступами 4 и впадинами 5 в виде наклонных к направлению потока удлиненных канавок с плоскими гранями 6 и 7 и прямолинейными кромками 8. Впадины с внутренней стороны тела образуют ряд полых лопаток. Тонкостенное тело 1 выполнено трубчатым. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 01 F 15/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4870854/26 (22) 02.10.90 (46) 15.09.92. Бюл. ¹ 34 (71) Московский авиационный институт им.

Серго Орджоникидзе (72) B.Ã.áàçýðoâ (56) B.Â. Струминский Проблемы турбулентных течений, M. Наука. 1977, с.88 — 97, рис. 1.

Патент Франции ¹ 1252033, кл. F 28 D, 1960.

Патент США ¹ 2663321, кл. 138-39, 1953. (54) ТУРБУЛИЗАТОР

Изобретение относится к гидравлике, предназначено для получения интенсивной турбулентности в омывающем. стенку газовом или жидкостном потоке с целью увеличения тепломассообмена в аппаратах химических производств для интенсификации поверхностных каталитических процессов, в трубчатых теплообменниках, смесителях эмульсий и суспензий.

Известны турбулизаторы, содержащие установленный в потоке жидкости или газа набор плохообтекаемых тел, Такой турбулизатор создает интенсивное турбулентное поле, однако имеет очень высокое гидросопротивление в то время, как для,интенсификации поверхностных процессов достаточно организовать турбулентность в пристенном слое потока.

Известен турбулизатор в виде выполненных на стенке шероховатостей, выштамповок и канавок различной формы. Он повышает турбулентность в пограничном

„„ Ы„, 1761248 А1 (57) Использование, получение интенсивной турбулентности в омывающем стенку жидкостном или газовом потоке в аппаратах химических производств, Сущность изобретения: тонкостенное тело 1 с выполненными на нем чередующими в шахматном порядке выступами 4 и впадинами 5 в виде наклонHLIx к направлению потока удлиненных канавок с плоскими гранями 6 и 7 и прямолинейными кромками 8. Впадины с внутренней стороны тела образуют ряд полых лопаток, Тонкостенное тело 1 выполнено трубчатым. 1 з,п. ф-лы, 5 ил. слое, однако ввиду неупорядоченности вихрей они быстро диссипируют в спутном потоке, ввиду чего их воздействие на тепломассоперенос невелико и определяется в основном увеличением омываемой flo верхности.

Известен турбулизатор, содержащий тонкостенное трубчатое тело с выполненными на нем чередующимся в шахматном порядке выступами и впадинами, ширина которых уменьшается к вершинам выступов и глубине впадин. Этот турбулизатор технологичен и обеспечивает повышение тепломассопереноса вблизи стенки, не затрагивая непосредственно основной поток. Он наиболее близок к предложенному по своей технической сущности и большинству общих существенных признаков. Выбираем его в качестве прототипа изобретения.

Недостатки известного турбулизатора состоят в неорганизованном, хаотичном

1761248 нам выступов и глубина впадин, впадины 20 выполнены в виде наклонных к направле25

50

55 турбулентном течении у стенки, вызванном обтеканием выступов, отрывом потока эа ними, следствием чего является повышенное его гидросопротивление омывающему потоку, Целью изобретения является обеспечение опережающего роста тепломассообмена по сравнению с гидросопротивлением омываемого участка тонкостенного тела, Это происходит за счет организации семейства спиральных вихревых шнуров, по которому основной поток течет как по роликовым подшипникам.

Эта цель в преложенном устройстве обеспечивается тем, что при выполнении турбулизатора в виде тонкостенного тела с выполненными на нем чередующимися в шахматном порядке выступами и впадинами, ширина которых уменьшается к вершинию потока удлиненных отрезков канавок с прямолинейной кромкой при вершине, образующих с внутренней стороны тонкостенного тела ряд полых лопаток, а также тем, что при выполнении тонкостенного тела трубчатым, грани выступов и впадин выполнены плоскими.

На фиг.1 представлен внешний вид турбулизатора в виде трубы, на фиг,2 — его поперечное сечение; на фиг,3 — продольный разрез тонкостенного трубчатого тела и схема обтекания выступов жидкостью; на фиг.4 — вид варианта турбулизатора с плоскими гранями выступов и впадин; на фиг.5 — поперечное сечение трубчатого варианта турбулизатора с плоскими гранями, имеющего плоскую развертку.

Турбулизатор (фиг.1, 2) содержит тонкостенное трубчатое тело 1 с выходным патрубком 2 и выходным патрубком 3, с выполненными на его внешней поверхности чередующимися в шахматном порядке выступами 4 и впадинами 5, образованными гранями 6 и 7. На внутренней стороне трубы

1 выступы 4 и впадины 5 образуют впадины

8 и выступы 9, образующие полые завихривающие лопатки 10 с прямолинейными кромками 11 и плоскими гранями 12 и 13, расположенными под острым углом к направлению жидкостного потока (фиг.3). В пределе, при плотном размещении выступов 4 и впадин 5 возможно формирование тела 1 сплошь из чередующихся в шахматном порядке плоскогранных выступов 4 и впадин 5 (фиг,4), образующих гофрированную стенку, развертка которой представляет часть плоскости, т.е. для изготовления такой поверхности можно использовать плоский лист и с помощью лишь изгибной

10

40 деформации, без вытяжки получать гофрированную поверхность турбулизатора, Глубина впадин 5 и 8 может быть различной в зависимости от назначения турбулизатора, Для трубок каталитической насадки, где нужна поверхностная турбулизация, глубина впадин 5 и 8 может составить всего

1,5...2,5% от эквивалентного гидравлического диаметра dr трубок насадки, для трубчатых теплообменников — 0,3...0,8dr. Угол наклона прямолинейных кромок 10 выступов 9 к направлению потока определяется областью применения турбулизатора. Для создания интенсивной общей завихренности, например, в реакционном аппарате химической технологии, оптимальным является диапазон а = 30...60 к направлению потока, в то время как в каталитических насадках а = 55...78О, а в теплообмен никах

25...45О, Форма поверхности тонкостенного тела 1 турбулизатора определяется также особенностями его применения. При использовании в трубчатых теплообменниках тело 1 может быть тонкостенной трубой круглого, эллиптического или прямоугольного сечения; при использовании изобретения в каталитических насадках тело 1 может быть кольцеобразным, например коническим.

Предложенная форма выполнения турбулизатора может быть выполнена как элемент конструкции теплоэнергетического агрегата (камеры сгорания, теплообменника, реакционного аппарата химической техн ол о ги и).

При подаче жидкости или газообразного рабочего тела к патрубку 2 поток обтекает выступы 9 и образует за кромками 11 лопаток 10 примыкающие к граням 12 вихревые шнуры 14, стекающие ввиду наклона кромок

11 к направлению потока вдоль стенок трубчатого тела 1. Кроме того, поток вдоль стенок получает и общую подкрутку в сторону наклона образованных выступами 9 лопаток

10, Последовательность чередующихся выступов 9 образуют и последовательность спиральных вихревых шнуров 14, обтекающих всю внутреннюю поверхность тела 1, по которым основной поток как бы перекатывается, как на гидродинамических роликовых подшипниках. Массообмен между пристенком и потоком возрастает за счет вихревого течения, а гидравлические потери снижаются за счет отсутствия нерегулярных отрывов потока, локальных зон с большими градиентами потока.

Аналогично происходит обтекание и внешней поверхности тела 1. Форма спи1751248 ральных отрезков впадин 5 и выступами 4 такова, что обтекающий их поток может быть не только продольным, параллельным оси трубчатого тела 2, но и поперечным, например при обтекании пучков теплообменных труб. Кроме повышения теплообменн ых качеств турбулизатор имеет существенно большую эластичность, позволяет сгибать, удлинять и укорачивать его без возникновения в материале опасных напряжений при значительных деформациях. Это обстоятельство повышает надежность реакционных и теплообменных аппаратов, в которых применен предложенный турбулизатор. Наличие на поверхности турбулизатора полых хордальных лопаток, образованных выступами 4 и 5, предотвращает его засорение при использовании загрязненных жидкостей, содержащих крупные волокнистые включения, что неизбежно при использовании лопаточных завихрителей.

Формула изобретения

1. Турбулизатор, содержащий тонкостенное тело с выполненными на нем чере5 дующим ися в шахматном порядке выступами и впадинами, ширина которых уменьшается к вершинам выступов и глубине впадин, отл и ч а ю щи и ся тем, что, с целью опережающего повышения интен10 сивности тепломассопереноса между поверхностью стенки и омывающим ее потоком по сравнению с гидросопротивлением, впадины выполнены в виде наклонных к направлению потока удлиненных

15 канавок с прямолинейной кромкой при вершине, образующих с внутренней стороны тонкостенного тела ряд полых лопаток, 2, Турбулизатор по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что грани выступов и впадин выполне20 ны плоскими.

1761248

Составитель В. Базаров

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И. Шмакова

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3208 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5