Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛООБМЕННАЯ ТРУБА

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах.

Известна теплообменная труба, снабженная на внешней поверхности профилированными канавками, а на внутренней поверхности - ответными плавно очерченными выступами, нанесенными с определенным шагом, шириной и глубиной (1).

Основным недостатком известного устройства является относительно невысокая степень интенсификации теплообмена при росте гидравлического сопротивления.

Известна теплообменная труба, выбранная в качестве прототипа, в которой на наружную поверхность трубы наносятся канавки с образованием соответствующих им выступов на внутренней поверхности трубы, причем канавки выполнены по винтовой линии с переменным шагом, который находится в диапазоне от 0,25 D до 0,75 D, где D - внутренний диаметр гладкой части трубы. При этом период изменения шага находится в диапазоне от 5 D до 15 D (2).

Недостатком данной трубы является создание дополнительного гидравлического сопротивления при обмывании теплоносителем наружной поверхности трубы в месте расположения канавок, а также понижение прочности внутренней поверхности трубы на выступах.

Целью заявленного устройства является повышение интенсификации теплообмена, при одновременном повышении прочности теплообменной трубы, снабженной винтовыми канавками с дополнительным оребрением, расположенным внутри этих канавок.

Поставленная цель достигается тем, что канавки глубиной от 0,3 H до 0,5 H, где H - толщина стенки трубы, нанесенные с шагом на наружной поверхности трубы и соответствующие им выступы на внутренней поверхности трубы, выполнены по винтовой линии с шагом, который находится в диапазоне от 1 D до 8 D, где D - наружный диаметр трубы. В винтовых канавках располагается оребрение, выполненное из проволоки с внедрением во внутреннее пространство трубы с шагом от 2 D до 16 D под прямым углом к оси трубы.

Выполненное оребрение канавки по винтовой линии изменяет ее влияние на прочность теплообменной трубы: если винтовая канавка представляла собой местное ослабление прочности трубы, то винтовая канавка совместно с оребрением, придает трубе дополнительную прочность и одновременно бόльшую устойчивость к гидродинамическим колебаниям.

Заявленные диапазоны подобраны экспериментальным путем. При уменьшении шага винтовой линии менее D и шага внедрения оребрения во внутреннее пространство трубы менее 2D произойдет прирост гидравлического сопротивления, что потребует увеличения энергии на прохождение теплоносителя. При увеличении шага винтовой линии более 8D и шага внедрения оребрения во внутреннее пространство трубы более 16D не будет достигнут желаемый технический результат в части повышения интенсификации теплообмена. При увеличении глубины канавки более 0,5H возможно повреждение сплошности трубы. При уменьшении глубины канавки менее 0,3H на внутренней поверхности трубы не будет достигнут необходимый турбулентный поток.

Наличие оребрения в канавках с внедрением во внутреннее пространство трубы обеспечивает равномерное рассеивание центрального турбулизирующего потока в направлении внутренней поверхности трубы и дополнительно увеличивает теплопередачу от теплоносителя к оребрению при одновременно умеренном росте гидравлического сопротивления. Оребрение изготавливается из проволоки с коэффициентом теплопроводности, превышающим коэффициент теплопроводности материала теплообменной трубы. Нанесение оребрения в винтовые канавки осуществляется горячекатаным способом, вследствие чего восстанавливается сплошность наружной поверхности трубы в канавках и увеличивается ее надежность. Внедрение оребрения во внутреннее пространство трубы осуществляется с изменением угла наклона относительно оси трубы в 90°.

На фиг.1 представлена заявляемая теплообменная труба (поз.1 теплообменная труба, поз.2 - оребрение с внедрением во внутреннее пространство теплообменной трубы).

Теплообменная труба работает следующим образом.

Один из теплоносителей движется снаружи трубы. При его прохождении над оребрением в канавках образуются завихрения, турбулизирующие пристенный ламинарный подслой теплоносителя, что способствует росту коэффициента теплоотдачи от этого теплоносителя к стенке трубы.

Вторичный теплоноситель движется внутри трубы и при его прохождении через винтовые выступы оребрения во внутреннем пространстве трубы возникают завихрения, разрушающие пристенный ламинарный подслой, что интенсифицирует теплообмен между греющей и нагреваемой средами.

Заявленная теплообменная труба была применена в теплообменном аппарате для нагрева воды в системе горячего водоснабжения. Предложенная теплообменная труба позволила увеличить тепловую эффективность теплообменного аппарата на 12 %, увеличить прочность и надежность трубы при умеренном росте гидравлического сопротивления.

Источники информации

1. Патент РФ № 2221976, кл. F28F 1/42.

2. Патент РФ № 2197693, кл. F28F 1/42.