ТЕПЛООБМЕННИК

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, химической технологии и может быть использована для повышения эффективности теплообменного оборудования во вновь проектируемых теплообменных аппаратах, где имеются ограничения по перепаду давления, для осуществления процессов охлаждения или нагревания среды.
Прототипом является теплообменник типа „труба в трубе", в котором внутренняя труба помимо наружного оребрения имеет внутреннее оребрение, выполненное в виде цельнометаллических стержней, расположенных в шахматном порядке, и содержит интенсификатор потока, представляющий собой заглушенную с двух сторон трубу (патент RU №135101 U1, МПК F28D 7/10, 27.11.2013).
Основным недостатком данного теплообменника является невысокая эффективность вследствие невысокой интенсивности теплоотдачи.
Кроме этого, недостатком является сложность его конструкции, связанная с наличием цельнометаллических стержней на поверхности трубы.
Задачей полезной модели является разработка теплообменника, в котором устранены указанные выше недостатки прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности теплообмена в теплообменнике за счет интенсификации теплоотдачи.
Технический результат достигается тем, что в теплообменнике, содержащем наружную трубу с патрубками для входа и выхода теплоносителя и внутреннюю трубу для входа и выхода нагреваемой или охлаждаемой среды, а также интенсификатор потока, согласно настоящей полезной модели интенсификатор потока выполнен в виде не менее двух чередующихся проточных насадочных интенсификаторов, встроенных во внутреннюю трубу. Длина проточного насадочного интенсификатора потока равна длине внутренней трубы и составляет не более 10 диаметров внутренней трубы.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен предлагаемый теплообменник.
Цифрами на чертеже обозначены:
1 - наружная труба;
2 - внутренняя труба;
3 - патрубок для входа нагреваемой или охлаждаемой среды;
4 - патрубок для входа теплоносителя;
5 - патрубок для выхода нагреваемой или охлаждаемой среды;
6 - патрубок для выхода теплоносителя;
7 - проточный насадочный интенсификатор.
Теплообменник содержит наружную трубу 1, внутреннюю трубу 2 с патрубками 3, 4, 5 и 6, соответственно, для входа нагреваемой или охлаждаемой среды, для входа теплоносителя, для выхода нагреваемой или охлаждаемой среды, для выхода теплоносителя, проточный насадочный интенсификатор 7 потока.
0
Отличием предлагаемого теплообменника является то, что интенсификатор 7 потока, выполнен в виде не менее двух чередующихся проточных насадочных интенсификаторов, встроенных во внутреннюю трубу 2. Длина L проточного насадочного интенсификатора 7 потока равна длине L внутренней трубы 2 и составляет не более 10 диаметров d внутренней трубы 2.
Предлагаемый теплообменник работает следующим образом.
Нагреваемая или охлаждаемая среда через патрубок 3 внутренней трубы 2 и поток теплоносителя в межтрубном пространстве, образованном трубой 1 и 2, через патрубок 4 одновременно поступают навстречу друг другу. Движение потока - ламинарное (при небольших скоростях). Теплоноситель, нагреваемая или охлаждаемая среда, проходя через проточные насадочные интенсификаторы 7 потока, подвергаются искусственной турбулентности, при этом существенно увеличивается коэффициент теплоотдачи. Передав тепло, или приняв его от другого потока, теплоноситель выводится через патрубок 6 из теплообменного аппарата. Нагреваемая или охлаждаемая среда выводится из теплообменного аппарата через патрубок 5.
Сводные расчетные данные среднего коэффициента теплоотдачи при турбулентном режиме приводятся в таблице 1.
Значения Nu среднего коэффициента теплоотдачи при турбулентном режиме
Принятое равное соотношение длины L проточного насадочного интенсификатора потока и длины Lo внутренней трубы, не более 10 диаметров d внутренней трубы, является наиболее рациональным для обеспечения интенсификации процесса теплообмена.
При чередовании проточного насадочного интенсификатора 7 потока и внутренней трубы 2 длиной не более 10 диаметров d внутренней трубы, после проточного насадочного интенсификатора 7 потока работает эффект входного участка и ламинарный слой практически не успевает сформироваться во внутренней трубе 2, так как поток теплоносителя опять поступает в слой насадки, это обеспечивает снижение перепада давления примерно в 2 раза без заметного уменьшения коэффициента теплоотдачи. Интенсивность процесса теплопередачи усиливается также при направленных навстречу друг другу потоках теплоносителя и нагреваемой или охлаждаемой среды.
Таким образом, использование предлагаемого теплообменника, позволит, по сравнению с прототипом, обеспечить достижение следующих новых технических результатов:
1. Повышение коэффициента теплоотдачи согласно расчетным данным за счет искусственной турбулизации среды, благодаря применению не менее двух проточных насадочных интенсификаторов потока.
2. Простое аппаратурное оформление теплообменного оборудования, что позволит применять такие аппараты в небольших помещениях и площадках, не снижая при этом эффективность теплообмена.