ШЕРОХОВАТАЯ ТРУБЧАТАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть использована при создании теплообменных аппаратов и устройств различного назначения, основу которых составляют трубчатые поверхности с искусственной шероховатостью в виде различных интенсифицирующих теплообмен рельефов. При этом интенсивность теплоотдачи трубчатой поверхности существенно возрастает по сравнению с гладкотрубчатой из-за уменьшения теплового сопротивления пограничного слоя при генерации вихревого течения в пристенной зоне элементами шероховатости.
Известно большое число встречающихся в практике различных типов шероховатых поверхностей, профилирование которых и создание сложных интенсифицирующих рельефов представляет технически непростую технологическую сторону. Практический выбор конкретного типа шероховатой трубчатой поверхности определяется технологией изготовления, условиями эксплуатации и обслуживания теплообменных устройств, а также режимной областью массовых расходов теплоносителя.
Одним из способов изготовления сварных труб с искусственной шероховатостью, как это показано в техническом решении [1, B21c 37/06; B44b 5/00; F28f 1/10. - Tubes munis de motifs usines et procede de fabrication de ces tubes a partir d′une bande metallique. - Societe dite: OLIN CORPORATION, rep. par Beau de Lomenie. - Pr. E.U.A.: 10 mai 1973. n° 359.019, au nom de Charles D. McLain.] (принятом нами в качестве прототипа), может быть использование плоских металлических листов с нанесенным на их сторонах одинаковым или разным интенсифицирующим рельефом. При этом рельефный рисунок, обеспечивающий интенсификацию теплообмена, занимает только часть толщины стенки.
В этой связи представляет интерес оценка тепловой эффективности шероховатой трубчатой поверхности, выполненной на основе известной высокотехнологичной пластинчатой поверхности теплообмена с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами, обладающей повышенными теплоэнергетическими характеристиками [2, Авторское свидетельство №122567].
В результате исследований теплоаэродинамических характеристик трубчатой поверхности, выполненной из листов указанной пластинчатой поверхности с различными глубиной штамповки h и шагом t двухсторонних сфероидальных выступов и впадин с шахматной (треугольной) схемой расположения относительно продольной оси пластины, было установлено, что тепловая эффективность опытной шероховатой трубчатой поверхности существенно превосходит показатели эффективности гладкотрубчатой [3, Теплоотдача и сопротивление трубчатой поверхности с двухсторонними сфероидальными элементами шероховатости // Изв. вузов СССР - Энергетика. - 1983. - №3. - С. 93 -96].
Задачами предлагаемой полезной модели являются интенсификация теплоотдачи, снижение металлоемкости и повышение теплоэнергетической эффективности трубчатой поверхности.
Поставленные задачи решаются при использовании шероховатой трубчатой поверхности теплообмена, выполненной на основе тонкостенной металлической профильной пластины с двухсторонними равновеликими сфероидальными выступами и впадинами с шахматной схемой расположения осей, отличающейся тем, что ее рельеф в условиях цилиндрической формы сохраняет одинаковую с исходной плоской пластинчатой поверхностью последовательность чередования участков сопряжения выступов и впадин и имеет характерные существенно выраженные переменную кривизну и продольные зигзагообразные канавки между выступами и впадинами на внутренней стороне стенки и ответные противоположные наружные перемычки, расположенные по длине трубки.
При осуществлении полезной модели могут быть получены следующие технико-экономические результаты.
1. Интенсификация теплоотдачи трубчатой поверхности и повышение ее теплоэнергетической эффективности путем дополнительной турбулизации потока при его взаимодействии с элементами рельефа сложной формы.
2. Снижение металлоемкости теплообменных устройств с интенсифицированной трубчатой поверхностью.
На фиг. 1 изображен фрагмент пластинчатой поверхности теплообмена; на фиг. 2 - схема шахматной разбивки осей двухсторонних сфероидальных выступов и впадин пластины и направление вектора течения потока теплоносителя, соответствующее его положению при обтекании рельефа внутри трубки; на фиг. 3 - геометрия профильной пластины; на фиг. 4 - геометрия опытной шероховатой трубки; на фиг. 5 - поперечное сечение шероховатой трубки; на фиг. 6 - участки поверхности шероховатых трубок с разной геометрией.
Проведенные экспериментальные исследования характеристик опытной шероховатой трубчатой поверхности указанного вида показали возможность повышения ее тепловой эффективности до 60-70% по сравнению с эффективностью поверхности гладкой трубы [3, рис. 2, 3, с. 95].
Тепловая эффективность трубчатой поверхности, выполненной на основе профильных пластин с равновеликими двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами, повышается вследствие активизации вихревого отрывного течения и дополнительной турбулизации потока внутреннего теплоносителя элементами шероховатости.
Источники информации, использованные при составлении заявки:
1. B21с 37/06; В44b 5/00; F28f 1/10. - Tubes munis de motifs usines et procede de fabrication de ces tubes a partir d'une bande metallique. - Societe dite: OLIN CORPORATION, rep. par Beau de Lomenie. - Pr. E.U.A.: 10 mai 1973. n° 359.019, au nom de Charles D. McLain.
2. Берман C.C. Авторское свидетельство №122567.
3. Анисин A.K. Теплоотдача и сопротивление трубчатой поверхности с двухсторонними сфероидальными элементами шероховатости // Изв. вузов СССР - Энергетика. - 1983. - №3. - С. 93-96.