ПРОФИЛИРОВАННАЯ ТРУБКА КОЖУХОТРУБНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Изобретение относится к области теплотехники, а именно к конструктивным элементам кожухотрубных теплообменников, и может использоваться в энергетической, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известен кожухотрубный теплообменник (SU №1763842, кл. F28D 7/16, F28F 1/06, опубл. 1992), содержащий шахматный пучок теплообменных труб с периодически повторяющимся по длине диффузорно-конфузорным профилем, имеющих угол раскрытия диффузора и конфузора 6-10°, степень сужения сечения 0,6-0,8, образующих в межтрубном пространстве продольные криволинейные периодически расширяющиеся и сужающиеся каналы, при этом теплообменные трубы в пучке размещены со смещением между собой на половину периода профиля диффузор-конфузор, а относительный поперечный шаг труб составляет 1,10-1,16 максимального диаметра трубы.
Известно изобретение, относящееся к поверхности теплообмена (RU №2031348, кл. F28F 1/00, F28D 7/00, опубл. 1995), содержащей профиль, образованный последовательно чередующимися выступами и впадинами, имеющими одинаковые размеры относительно осевой линии, а также смежные поверхности, образующие диффузорно-конфузорные каналы, при этом выступы имеют острую кромку, а их высота h=(1,5-2)8, где δ - толщина пограничного слоя, а расстояние S между вершинами соседних выступов составляет (12-15) h.
Основным недостатком указанных теплообменных аппаратов является недостаточно высокая турбулизация потока, поскольку образующиеся вихри на соседних выступах и канавках имеют одинаковый размер и не в полной мере турбулизируют пристенные слои потока теплоносителя на внутренних поверхностях впадин.
Наиболее близким к заявленному является известное устройство для интенсификации конвективного теплообмена (RU №2078296, кл. F28F 1/08, опубл. 1997) при течении жидкости (газа) в каналах с использованием гидродинамических эффектов, содержащее трубу с постоянным круговым сечением и винтовой волнообразной поверхностью, причем в продольном сечении винтовой волнообразной поверхности стенки ограничены линией, составленной из дуг окружности и отрезков прямой, положение которой в плоскости задано определенными уравнениями.
Недостаток известной профилированной трубки для кожухотрубного теплообменника заключается в том, что профиль труб не позволяет полностью использовать эффект интенсификации конвективного теплообмена за счет недостаточной турбулизации пристенного потока теплоносителя внутри впадин теплообменной трубки, что ухудшает гидродинамическую обстановку и уменьшает возможный уровень турбулентности потока теплоносителя.
Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение интенсификации теплообмена, увеличение теплосъема с единицы поверхности теплообменной трубки при допустимом увеличении гидравлических потерь.
Поставленная задача решена тем, что профилированная трубка кожухотрубного теплообменника, имеющая гофрированный профиль, образованный последовательно чередующимися кольцевыми выступами и впадинами, размещенными с заданным шагом по длине трубки, при этом кольцевые выступы и впадины расположены повторяющимися по длине трубы, причем максимальные ближайшие выступы (впадины) выполнены с шагом от 2 до 6 диаметров трубки и глубиной 0,3-0,6 диаметра трубки. Остальные кольцевые выступы (впадины) выполнены по отношению к соседним выступам (впадинам) с шагом, равным от 0,5 до 1,0 диаметра трубки, и глубиной профиля 0,1-0,2 диаметра трубки.
Сущность изобретение поясняется подробнее чертежом и описанием к нему.
На фиг.1 схематично изображен продольный разрез профилированной трубки кожухотрубного теплообменника. Профилированная трубка имеет прямые концы 1 диаметром (d), между которыми расположен гофрированный профиль, образованный последовательно чередующимися кольцевыми выступами и впадинами. Выступы и впадины повторяются по длине трубки. Максимальные ближайшие выступы 2 выполнены с шагом (11) от 2 до 6 диаметров трубки (d) и глубиной (h1) 0,3-0,6 диаметра трубки (d). Максимальные ближайшие впадины 3 выполнены с шагом (11) от 2 до 6 диаметров трубки (d) и глубиной (h1) 0,3-0,6 диаметра трубки (d). Остальные кольцевые выступы 4 выполнены по отношению к соседним выступам с шагом (12), равным от 0,5 до 1,0 диаметра трубки (d), и глубиной профиля (h2) 0,1-0,2 диаметра трубки (d). Остальные кольцевые впадины 5 выполнены по отношению к соседним впадинам с шагом (12), равным от 0,5 до 1,0 диаметра трубки (d), и глубиной профиля (h2) 0,1-0,2 диаметра трубки (d).
Профилированная трубка кожухотрубного теплообменника работает следующим образом.
Поток теплоносителя, обтекающий трубку, попадая на гофрированный профиль, образует турбулентные вихри на кольцевых выступах и впадинах. Выступы и впадины образуют повторяющиеся группы по длине трубки. Максимальные ближайшие выступы 2 (впадины 3) в соседних группах выполнены с шагом (11) от 2 до 6 диаметров трубки (d) и глубиной (h1) 0,3-0,6 диаметра трубки (d). Остальные кольцевые выступы 4 (впадины 5) выполнены по отношению к расположенным рядом выступам (впадинам) с шагом (12), равным от 0,5 до 1,0 диаметра трубки (d), и глубиной профиля (h2) 0,1-0,2 диаметра трубки (d).
При течении теплоносителя в межтрубном пространстве происходит сужение и расширение потока при прохождении им выступов и канавок, при этом возникают зоны завихрений, течение приобретает турбулентный характер, возрастают скорости процессов переноса, увеличиваются тепловые потоки на теплопередающую стенку, что приводит к росту теплоотдачи, уменьшению термического сопротивления теплопередачи, в результате чего теплообмен интенсифицируется.
Величина и интенсивность вихрей, образованных на выступах и впадинах, расположенных на расстояниях 11 и 12 и имеющих глубину профиля h1 и h2, различна. При их наложении друг на друга происходит более полная турбулизация потока теплоносителя.
Таким образом, предложенная профилированная трубка кожухотрубного теплообменника с кольцевыми выступами и впадинами, размещенными с предлагаемыми относительными параметрами, обеспечивает оптимальное перераспределение переноса тепловой энергии с интенсификацией процесса теплообмена. Теплотехническая эффективность работы профилированной трубки кожухотрубного теплообменника повышается на 25-30%. Достигнутые результаты позволяют рекомендовать заявленное изобретение для широкого внедрения в различных областях для осуществления эффективного теплообмена.