RU168320U1 - Теплообменник - Google Patents
Теплообменник Download PDFInfo
- Publication number
- RU168320U1 RU168320U1 RU2016122133U RU2016122133U RU168320U1 RU 168320 U1 RU168320 U1 RU 168320U1 RU 2016122133 U RU2016122133 U RU 2016122133U RU 2016122133 U RU2016122133 U RU 2016122133U RU 168320 U1 RU168320 U1 RU 168320U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- heat sink
- tube
- radiators
- heat exchanger
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
- F28F1/14—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending longitudinally
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области энергетики, конкретно - к теплообменникам.Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является интенсификация теплообмена при сохранении надежности теплового контакта между теплоотводящими радиаторами и трубкой для подачи теплоносителяРешение указанной задачи достигнуто в теплообменнике, содержащем трубку для подачи теплоносителя к теплоотводящей поверхности, внутри которой имеется не менее двух пар ребер жесткости, средства крепления, размещенные на этой трубке с определенным шагом теплоотводящие радиаторы с цилиндрическим основанием, выполненные в виде соединенных радиальными пластинами плоских полуколец, не менее двух пар, с внутренним диаметром, равным внешнему диаметру трубки, прижатых к поверхности трубки упругими скобами, тем. что ребра радиальных пластин расположены под углом к оси трубки для подачи теплоносителя и образуют винтовые поверхности.Угол наклона радиальных пластин может быть выбран в диапазоне от 15° до 45°. Внешний диаметр теплоотводящих радиаторов может быть выбран в диапазоне от 1,5 до 3,5 внешнего диаметра трубки для подачи теплоносителя. Теплоотводящие радиаторы могут быть установлены с равномерным шагом. Шаг установки теплоотводящие радиаторов может быть выбран из диапазона от 1,5 до 2,5 от ширины теплоотводящего радиатора. Теплоотводящие радиаторы могут быть установлены с переменным шагом.На внешней поверхности теплоотводящих радиаторов могут быть выполнены внешние ребра. Внешние ребра могут быть выполнены как продолжение радиальных пластин. Трубка для подачи теплоносителя может быть выполнена из стали. Теплоотводящие радиаторы могут
Description
Полезная модель относится к теплообменникам, конкретно к теплообменникам со средствами для увеличения теплообмена, и предназначена для применения в теплообменной аппаратуре транспортных средств.
Известен теплообменник типа «труба в трубе» (патент на полезную модель №81301, F28D 1/04), содержащий две трубы, расположенные концентрически с зазором между ними, внутренняя труба снабжена канавками, выполненными на ее наружной поверхности в виде растянутой спирали с углом β по отношению к оси трубы, наружный диаметр внутренней трубы DB выбирают равным 8-26 мм, угол β выбирают равным 10-20°, глубину канавок Н выбирают равной 0,3-1 мм, канавки имеют D-образный профиль, а источник тепла расположен снаружи внешней трубы.
Недостатками данной конструкции являются сложность изготовления и недостаточная надежность из-за сложности очистки от отложений, образующихся в процессе эксплуатации, а также малые пределы регулирования расхода теплоносителя в кольцевом канале вследствие образования турбулентных вихрей.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Теплообменник» (патент на полезную модель №58683, МПК F28F 1/14, опубл. 27.11.2006 г.), содержащий трубку для подачи теплоносителя к теплоотводящей поверхности, внутри которой имеется не менее двух пар ребер жесткости, средства крепления, теплоотводящие радиаторы с цилиндрическим основанием, выполненные в виде соединенных радиальными пластинами плоских полуколец, не менее двух пар, с внутренним диаметром, равным внешнему диаметру трубки, прижатых к поверхности трубки упругими скобами; при этом теплоотводящие радиаторы размещены таким образом, что середина одной пары полуколец проходит через плоскость, в которой размещена одна пара ребер жесткости трубки, причем количество теплоотводящих радиаторов определяется длиной трубки для подачи теплоносителя.
Недостатком данной конструкции является низкая эффективность теплосъема вследствие ограниченной площади теплоотдающей поверхности радиальных пластин при внешнем обтекании их потоком внешней среды.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является интенсификация теплообмена при сохранении надежности теплового контакта между теплоотводящими радиаторами и трубкой для подачи теплоносителя.
Решение указанной задачи достигнуто в теплообменнике, содержащем трубку для подачи теплоносителя к теплоотводящей поверхности, внутри которой имеется не менее двух пар ребер жесткости, средства крепления, размещенные на этой трубке с определенным шагом, теплоотводящие радиаторы с цилиндрическим основанием, выполненные в виде соединенных радиальными пластинами плоских полуколец, не менее двух пар, с внутренним диаметром, равным внешнему диаметру трубки, прижатых к поверхности трубки упругими скобами так. что ребра радиальных пластин расположены под углом к оси трубки для подачи теплоносителя и образуют винтовые поверхности.
Угол наклона радиальных пластин может быть выбран в диапазоне от 15° до 45°. Внешний диаметр теплоотводящих радиаторов может быть выбран в диапазоне от 1,5 до 3,5 внешнего диаметра трубки для подачи теплоносителя. Теплоотводящие радиаторы могут быть установлены с равномерным шагом. Шаг установки теплоотводящих радиаторов может быть выбран из диапазона от 1,5 до 2,5 от ширины теплоотводящего радиатора. Теплоотводящие радиаторы могут быть установлены с переменным шагом.
На внешней поверхности теплоотводящих радиаторов могут быть выполнены внешние ребра. Внешние ребра могут быть выполнены как продолжение радиальных пластин. Трубка для подачи теплоносителя может быть выполнена из стали. Теплоотводящие радиаторы могут быть выполнены из материала с высокой удельной теплопроводностью. Теплоотводящие радиаторы могут быть выполнены из алюминиевого сплава.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах фиг. 1…10, где:
- на фиг. 1 приведен теплообменник в сборе,
- на фиг. 2 приведен вид сбоку,
- на фиг. 3 приведена пара радиаторов,
- на фиг. 4 приведен внешний вид пары радиаторов,
- на фиг. 5 приведен теплообменник с радиаторами без внешних ребер,
- на фиг. 6 приведен теплообменник с радиаторами, установленными с переменным шагом,
- на фиг. 7 приведена схема установки радиальных пластин под углом γ к оси теплообменника.
- на фиг. 8 приведена расчетная схема для определения зависимости площади радиальных пластин от угла их установки γ,
- на фиг. 9 приведены графики изменения площади теплообмена и аэродинамических потерь в зависимости от угла установки радиальных пластин,
- на фиг. 10 приведен внешний вид теплообменника.
Предложенный теплообменник (фиг. 1…10) содержит трубку для подачи теплоносителя 1 с внутренними ребрами жесткости 2 (фиг. 2) в количестве не менее двух пар, которые расположены в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях.
На внешней поверхности 3 трубки для подачи теплоносителя 1 установлены попарно с определенным шагом между парами теплоотводящие радиаторы 4 (фиг. 1 и 2).
Теплообмен между теплоносителем и окружающей средой, происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.
Теплообмен включает в себя теплоотдачу от более горячего теплоносителя к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более холодной внешней среде. Интенсивность передачи теплоты при теплообмене характеризуется коэффициентом теплопередачи k, численно равным количеству теплоты, которое передается через единицу площади поверхности стенки в единице времени при разности температур между теплоносителями в 1 К.
Коэффициент k зависит от температурного напора и теплового потока через элемент теплопередающей поверхности раздела:
Величина R=1/k называется полным термическим сопротивлением теплообмена. Например, для однослойной стенки
где α1 и α2 - коэфф. теплоотдачи от горячей жидкости к поверхности стенки и от поверхности стенки к внешней среде; δ - толщина стенки; λ - коэффициент теплопроводности. В большинстве встречающихся на практике случаев k определяется опытным путем.
В нашем случае коэффициент теплоотдачи α1 достаточно велик, так как у жидкостей он обычно на порядок больше, чем у газов (в качестве внешней среды наиболее вероятно будет использоваться воздух).
Ограничивать теплопередачу будет коэффициент теплоотдачи α2, поэтому необходимы меры по интенсификации теплоотдачи во внешнюю среду, т.е. применение эффективных теплоотводящих радиаторов 4 (фиг. 1 и 2).
При расположении теплоотводящих радиаторов 4 без осевого зазора между ними, теплоотдача от трубки для подачи теплоносителя 1 к внешней среде будет уменьшаться по мере продвижения внешней среды вдоль трубки для подачи теплоносителя 1 из-за уменьшения температурного напора. Для устранения этого недостатка и турбулизации потока внешней среды теплоотводящие радиаторы 4 размещают с осевым зазором между ними (фиг. 1). Очевидно, существует оптимальное значение осевого зазора между парами теплоотводящих радиаторов 4, т.е оптимальный шаг расположения пар теплоотводящих радиаторов 4, что будет доказано далее.
Теплоотводящие радиаторы 4 (фиг. 1 и 2) выполнены в виде соединенных радиальными пластинами 5 внутреннего и внешнего полуколец, соответственно 6 и 7. Внутренний радиус внутреннего кольца 6 - R1 равен внешнему радиусу R2 (фиг. 3) трубки для подачи теплоносителя 1. Радиальные пластины 5 установлены под углом γ к радиальной плоскости, проходящей через ось трубки для подачи теплоносителя 1 (фиг. 7).
На фиг. 2 изображен теплообменник в сборе с теплоотводящими радиаторами 4, прижимаемыми к внешней поверхности 3 трубки для подачи теплоносителя 1 попарно с помощью упругих скоб 8, выполненных Ω-образной формы для создания прижимного усилия и снижения термического сопротивления в контакте.
Теплоотводящие радиаторы 4 могут быть размещены таким образом (фиг. 2 и 3), что середина одной пары полуколец 6 и 7 проходит через плоскость, в которой размещена одна пара ребер жесткости 2 трубки для подачи теплоносителя 1.
Теплоотводящие радиаторы 4 могут быть выполнены без внешних ребер (фиг. 5). На внешней поверхности теплоотводящих радиаторов 4 могут быть выполнены внешние ребра 9 (фиг. 3 и 4). Внешние ребра 9 могут быть выполнены как продолжение радиальных пластин 5, т.е. также установлены под углом γ и выполнены заодно с ними и с внутренними и внешними полукольцами 6 и 7.
Внешний диаметр D теплоотводящих радиаторов 4 может быть выбран в диапазоне от 1,5 до 3,5 внешнего диаметра трубки для подачи теплоносителя 1 (фиг. 7):
D=(1,5…3,5) d,
где: D - внешний диаметр теплоотводящих радиаторов 4,
d - внешний диаметр трубки подачи теплоносителя 1.
При меньших соотношениях теплоотводящие радиаторы 4 практически не работают, но и при соотношении более 3,5 внешняя часть теплоотводящих радиаторов 4 практически перестает отводить тепло из-за уменьшения температурного напора, а вес и габариты теплообменника необоснованно увеличиваются.
Теплоотводящие радиаторы 4 могут быть установлены с равномерным шагом (фиг. 7). Шаг h установки теплоотводящих радиаторов 4 может быть выбран в диапазоне от 1,5 до 2,5 от ширины теплоотводящего радиатора - b.
h=(1,5…2,5) b,
где: h - шаг расположения пар теплоотводящих радиаторов 4,
b - ширина теплоотводящего радиатора 4.
Соблюдение этого соотношения обеспечит максимальную эффективность передачи тепла от трубки для подачи теплоносителя 1 к внешней среде.
Теплоотводящие радиаторы 4 могут быть установлены с переменным шагом hi (фиг. 6), т.е.: h1, h2, h3…hn, где:
hi - шаг установки между двумя соседними парами радиаторов,
n - число пар теплоотводящих радиаторов 4.
Закон изменения величины hi в этом случае определяют расчетным или чаще всего экспериментальным путем. Точность тепловых расчетов невелика, поэтому расчет используется при предварительном проектировании.
Оптимальное значение угла установки γ радиальных пластин 5 выбирается в следующем диапазоне:
γ=15°…45°.
Обоснование выбора оптимальной величины угла γ приведено на фиг. 7…9.
На фиг. 7 приведена схема установки радиальных пластин 5 под углом γ к оси теплообменника.
На фиг. 8 показано, что площадь теплообмена Fтo по мере увеличения угла установки γ увеличивается.
Пусть S - длина ребра радиальной пластины,
L - длина трубки.
Таким образом, длина радиальных пластин, расположенных по спирали, больше длины радиальных, расположенных параллельно оси трубки, в 1/cos(γ) раз.
Следовательно, площадь теплообмена Fто будет больше, и внешняя среда (воздух) будет быстрей нагреваться при тех же габаритах теплообменника.
Угол γ выбирается, исходя из экспериментальных данных, в диапазоне от 15° до 45°.
На фиг. 9 приведено экспериментальное обоснование оптимальности заявленного диапазона угла установки γ. При углах установки γ менее 15° уменьшается площадь теплообмена Fто (поз. 10), как следствие уменьшается эффективность теплопередачи. При углах γ более 45° резко возрастают аэродинамические потери ΔР (поз. 11) радиальных пластин 5 при их обтекании внешней средой.
На фиг. 10 приведен внешний вид теплообменника.
Работа теплообменника.
При работе теплообменника (фиг. 1…10) теплоноситель подается на вход в трубку для подачи теплоносителя 1. Тепловой поток передается через внешнюю поверхность 3 на пары теплоотводящих радиаторов 4 и тепло снимается с них потоком внешней среды.
Выполнение радиальных пластин 5 под углом γ к оси трубки для подачи теплоносителя 1 увеличивает площадь теплообмена Fто и незначительно увеличивает аэродинамические потери ΔР внешней среды (фиг. 9), что позволяет спроектировать оптимальный по тепловой эффективности и весу теплообменник.
Применение полезной модели позволяет:
- увеличить теплопередачу от теплоносителя к внешней среде,
- увеличить площадь теплообмена по сравнению с прототипом за счет установки радиальных ребер под углом,
- спроектировать теплообменник меньших габаритов по сравнению с прототипом при заданной его тепловой эффективности,
- повысить прочность и надежность теплообменника при воздействии изгибающих нагрузок и вибраций за счет увеличения площади радиальных пластин теплоотводящих радиаторов,
- увеличить прочность теплообменника при одновременном уменьшении его массы и обеспечить его работу при более высоких давлениях за счет увеличения его жесткости применением более мощных теплоотводящих радиаторов.
Claims (11)
1. Теплообменник, содержащий трубку для подачи теплоносителя к теплоотводящей поверхности, внутри которой имеется не менее двух пар ребер жесткости, средства крепления, размещенные на этой трубке с определенным шагом теплоотводящие радиаторы с цилиндрическим основанием, выполненные в виде соединенных радиальными пластинами плоских полуколец, не менее двух пар, с внутренним диаметром, равным внешнему диаметру трубки, прижатых к поверхности трубки упругими скобами, отличающийся тем, что радиальные пластины расположены под углом к оси трубки для подачи теплоносителя и образуют винтовые поверхности.
2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что угол наклона радиальных пластин выбирают в диапазоне от 15° до 45°.
3. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что внешний диаметр теплоотводящих радиаторов выбирают в диапазоне от 1,5 до 3,5 внешнего диаметра трубки для подачи теплоносителя.
4. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что теплоотводящие радиаторы установлены с равномерным шагом.
5. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что шаг установки теплоотводящих радиаторов выбран из диапазона от 1,5 до 2,5 от ширины теплоотводящего радиатора.
6. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что теплоотводящие радиаторы установлены с переменным шагом.
7. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что на внешней поверхности теплоотводящих радиаторов выполнены внешние ребра.
8. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что внешние ребра выполнены как продолжение радиальных пластин.
9. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что трубка для подачи теплоносителя выполнена из стали.
10. Теплообменник по п. 9, отличающийся тем, что теплоотводящие радиаторы выполнены из материала с высокой удельной теплопроводностью.
11. Теплообменник по п. 10, отличающийся тем, что теплоотводящие радиаторы выполнены из алюминия.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016122133U RU168320U1 (ru) | 2016-06-03 | 2016-06-03 | Теплообменник |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016122133U RU168320U1 (ru) | 2016-06-03 | 2016-06-03 | Теплообменник |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU168320U1 true RU168320U1 (ru) | 2017-01-30 |
Family
ID=58451064
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016122133U RU168320U1 (ru) | 2016-06-03 | 2016-06-03 | Теплообменник |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU168320U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU177542U1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-02-28 | Закрытое акционерное общество "Гидроаэроцентр" | Теплообменник воздушного охлаждения |
RU2774015C1 (ru) * | 2021-12-07 | 2022-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Теплообменник |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6142268A (en) * | 1999-07-19 | 2000-11-07 | Acecast Industry Co., Ltd. | Radiator device for bicycle shock-absorber |
RU58683U1 (ru) * | 2006-07-07 | 2006-11-27 | Евсей Аврумович Кордит | Теплообменник |
RU81301U1 (ru) * | 2008-10-10 | 2009-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Теплообменник типа "труба в трубе" |
-
2016
- 2016-06-03 RU RU2016122133U patent/RU168320U1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6142268A (en) * | 1999-07-19 | 2000-11-07 | Acecast Industry Co., Ltd. | Radiator device for bicycle shock-absorber |
RU58683U1 (ru) * | 2006-07-07 | 2006-11-27 | Евсей Аврумович Кордит | Теплообменник |
RU81301U1 (ru) * | 2008-10-10 | 2009-03-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский энергетический институт (технический университет)" (ГОУВПО "МЭИ(ТУ)") | Теплообменник типа "труба в трубе" |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU177542U1 (ru) * | 2017-06-27 | 2018-02-28 | Закрытое акционерное общество "Гидроаэроцентр" | Теплообменник воздушного охлаждения |
RU2774015C1 (ru) * | 2021-12-07 | 2022-06-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Теплообменник |
RU2819266C1 (ru) * | 2023-12-20 | 2024-05-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательно учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | Воздушно-жидкостный теплообменный аппарат |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Faizal et al. | Experimental studies on a corrugated plate heat exchanger for small temperature difference applications | |
US3779312A (en) | Internally ridged heat transfer tube | |
Afzal et al. | Heat transfer analysis of plain and dimpled tubes with different spacings | |
JP2008232592A (ja) | 熱交換器 | |
CN109990262B (zh) | 一种辅助加热蒸汽发生器 | |
WO2016015324A1 (zh) | 管翅式换热器流线型波纹翅片 | |
Li et al. | Air-side thermal hydraulic performance of an integrated fin and micro-channel heat exchanger | |
RU168320U1 (ru) | Теплообменник | |
CN209945071U (zh) | 一种可调螺距折流板换热器 | |
Taghilou et al. | Optimization of double pipe fin-pin heat exchanger using entropy generation minimization | |
CN207214870U (zh) | 管壳式油水换热器 | |
RU2543094C1 (ru) | Кожухотрубный теплообменник | |
US20190360756A1 (en) | Heat exchanger baffle assembly and tube pattern for radial flow heat exchanger and fluid heating system including the same | |
CN207501760U (zh) | 双层螺旋式换热器 | |
US20100294474A1 (en) | Heat exchanger tube | |
RU154646U1 (ru) | Микроканальный пластинчатый теплообменник | |
Sivasubramaniam et al. | Heat transfer and friction factor characteristics of pipe-in-pipe heat exchanger fitted with varient plain tape insert | |
CN207797845U (zh) | 一种u型管传热翅片 | |
Kukulka et al. | Comparison of heat exchanger designs using Vipertex 1EHT enhanced heat transfer tubes | |
RU170207U1 (ru) | Теплообменный элемент | |
CN111750704A (zh) | 一种可调螺距折流板换热器 | |
RU76433U1 (ru) | Пластинчатый теплообменник | |
RU182729U1 (ru) | Диафрагмированная оребренная труба | |
CN107328268A (zh) | 管壳式油水换热器及其应用 | |
Mohan et al. | Experimental investigation of heat transfer study on plate fin heat exchangers with wavy fins |