ТЕПЛООБМЕННАЯ ТРУБА
HEAT EXCHANGE TUBE

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах.
Известна теплообменная труба, снабженная кольцевыми выемками на внешней поверхности трубы и выступами на внутренней поверхности трубы, нанесенными с определенным шагом, шириной и глубиной (Патент РФ №2508516, МПК F28F 1/10, 27.02.2014 г.).
Основным недостатком известного устройства является высокое гидравлическое сопротивление при обмывании теплоносителем острых углов на наружной поверхности трубы в месте расположения канавок, которое увеличивается с ростом числа Re.
В качестве прототипа выбрана теплообменная труба, в которой на наружной поверхности трубы нанесены скругленные кольцевые выемки с образованием соответствующих им скругленных выступов на внутренней поверхности трубы (Патент РФ №731265, МПК F28F 1/42, 30.04.80 г.).
Недостатком данной трубы является создание гидравлического сопротивления при резком сужении и расширении в месте расположения кольцевых выемок, а также относительно низкая прочность и надежность трубы из-за наличия кольцевых выемок.
Задачей изобретения является разработка теплообменной трубы, в которой устранены недостатки аналога и прототипа.
Техническим результатом является снижение энергетических затрат на прокачку теплоносителя за счет снижения гидросопротивления, а также увеличение прочности и надежности трубы.
Технический результат достигается тем, что в теплообменной трубе с скругленными выемками на наружной поверхности и соответствующими им скругленными выступами высотой h на внутренней поверхности, которые нанесены с шагом S, согласно настоящему изобретению, скругленные выемки на наружной поверхности и соответствующие им скругленные выступы на внутренней поверхности имеют угловой размер, равный 90°, и расположены на противоположных сторонах трубы, при этом повернутые на 90° скругленные выступы и выемки нанесены с шагом S/2, причем труба выполнена с геометрическими соотношениями:
S=1∗D,
h=0,1∗D, где
S - шаг между скругленными выемками, мм;
h - высота скругленного выступа, мм;
D - наружный диаметр теплообменной трубы, мм.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена заявленная теплообменная труба с чередующимися скругленными выступами и выемками, а на фиг. 2 представлена ее теплогидравлическая эффективность по сравнению с прототипом.
На чертеже цифрами обозначены:
1 - наружная поверхность трубы,
2 - внутренняя поверхность трубы,
3 - скругленные выемки на наружной поверхности трубы, имеющие угловой размер, равный 90° (четвертькольцевые выемки),
4 - скругленные выступы на внутренней поверхности трубы, имеющие угловой размер, равный 90° (четвертькольцевые выступы).
Теплообменная труба имеет скругленные выемки 3, выполненные на наружной поверхности 1 трубы, и соответствующие им скругленные выступы 4 высотой h на внутренней поверхности 2 трубы, которые нанесены с шагом S.
Отличием предлагаемой теплообменной трубы является то, что скругленные выемки 2 на наружной поверхности и соответствующие им скругленные выступы 4 на внутренней поверхности имеют угловой размер, равный 90°, и расположены на противоположных сторонах трубы, при этом повернутые на 90° скругленные выступы и выемки нанесены с шагом S/2, причем труба выполнена с геометрическими соотношениями:
S=1∗D,
h=0,1∗D, где
S - шаг между скругленными выемками, мм;
h - высота скругленного выступа, мм;
D - наружный диаметр теплообменной трубы, мм.
Заявленный диапазон подобран путем численного моделирования. При уменьшении шага S менее 1D и увеличении высоты h четвертькольцевых скругленных выступов 4 более 0,1D произойдет прирост гидравлического сопротивления, что потребует увеличения энергии на прохождение теплоносителя. При увеличении шага S более 1D и уменьшении высоты h четвертькольцевых скругленных выступов 4 менее 0,1D не будет достигнут желаемый технический результат в части повышения интенсификации теплообмена.
Для сопоставления тепловой эффективности различных по конструкции интенсификаторов теплообмена на основании экспериментов, проведенных при различных средних температурах потока среды и в разных диапазонах чисел Рейнольдса, возможно использование соотношения (1)
Поэтому для сопоставления полной теплогидродинамической эффективности различных по конструкции интенсификаторов теплообмена, указанных в таблице 1, часто целесообразным является применение соотношения (2), характеризующего относительное увеличение интенсивности теплообмена в трубе с интенсификатором на единицу дополнительно затраченной энергии
Теплообменная труба с чередующимися скругленными выступами и выемками работает следующим образом.
Один из теплоносителей движется снаружи трубы. При его прохождении над четвертькольцевыми скругленными выемками 3 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 четвертькольцевые скругленные выступы 4 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 с чередующимися скругленными выступами и выемками позволила, по сравнению с прототипом, увеличить тепловую эффективность теплообменного аппарата, увеличить прочность и надежность трубы.