Турбулизатор

)5 В 01 Р 15/О ЕТЕН 4ионный институт Проблемы турбулент. 1977, с,88-97, рис. 1.М 1252033, кл. Е 28 О,2663321, кл. 138-39,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский авиаСерго Орджоникидзе(54) ТУРБУЛИЗАТОР Изобретение относится к гидравлике, предназначено для получения интенсивной турбулентности в омывающем стенку газовом или жидкостном потоке с целью увеличения тепломассообмена в аппаратах химических производств для интенсификации поверхностных каталитических процессов, в трубчатых теплообменниках, смесителях эмульсий и суспензий.Известны турбулизаторы, содержащие установленный в потоке жидкости или газа набор плохообтекаемых тел, Такой турбулизатор создает интенсивное турбулентное поле, однако имеет очень высокое гидросопротивление в то время, как для,интенсификации поверхностных процессов достаточно организовать турбулентность в пристенном слое потока,Известен турбулизатор в виде выполненных на стенке шероховатостей, выштамповок и канавок различной формы. Он повышает турбулентность в пограничном(57) Использование, получение интенсивной турбулентности в омывающем стенку жидкостном или газовом потоке в аппаратах химических производств, Сущность изобретения; тонкостенное тело 1 с выполненными на нем чередующими в шахматном порядке выступами 4 и впадинами 5 в виде наклонных к направлению потока удлиненных канавок с плоскими гранями 6 и 7 и прямолинейными кромками 8. Впадины с внутренней стороны тела образуют ряд полых лопаток, Тонкостенное тело 1 выполнено трубчатым. 1 з,п. ф-лы, 5 ил. слое, однако ввиду неупорядоченности вихрей они быстро диссипируют в спутном потоке, ввиду чего их воздействие на тепломассоперенос невелико и определяется в основном увеличением омываемой поверхности. (Известен турбулизатор, содержащий; д тонкостенное трубчатое тело с выполненными на нем чередующимся в шахматном порядке выступами и впадинами, ширина которых уменьшается к вершинам выступов )ф и глубине впадин. Этот турбулизатор техно- логичен и обеспечивает повышение тепло 1. массопереноса вблизи стенки, неа затрагивая непосредственно основной поток. Он наиболее близок к предложенному по своей технической сущности и большинству общих существенных признаков. Выбираем его в качестве прототипа изобретения. Недостатки известного турбулизатораостоят в неорганизованном, хаотичномнам выступов и глубина впадин, впадины 20выполнены в виде наклонных к направле 25 30 50 55 турбулентном течении у стенки, вызванном обтеканием выступов, отрывом потока эа ними, следствием чего является повышенное его гидросопротивление омывающему потоку,Целью изобретения является обеспечение опережающего роста тепломассообмена по сравнению с гидросопротивлением омываемого участка тонкостенного тела, Это происходит за счет организации семейства спиральных вихревых шнуров, по которому основной поток течет как по роликовым подшипникам.Эта цель в преложенном устройстве обеспечивается тем, что при выполнении турбулизатора в виде тонкостенного тела с выполненными на нем чередующимися в шахматном порядке выступами и впадинами, ширина которых уменьшается к вершинию потока удлиненных отрезков канавок с прямолинейной кромкой при вершине, образующих с внутренней стороны тонкостенного тела ряд полых лопаток, а также тем,что при выполнении тонкостенного тела трубчатым, грани выступов и впадин выполнены плоскими.На фиг.1 представлен внешний вид турбулизатора в виде трубы, на фиг,2 - его поперечное сечение; на фиг,З - продольный разрез тонкостенного трубчатого тела и схема обтекания выступов жидкостью; на фиг.4- вид варианта турбулизатора с плоскими гранями выступов и впадин; на фиг,5 - поперечное сечение трубчатого варианта турбулизатора с плоскими гранями, имеющего плоскую развертку.Турбулизатор (фиг.1, 2) содержит тонкостенное трубчатое тело 1 с выходным патрубком 2 и выходным патрубком 3, с выполненными на его внешней поверхности чередующимися в шахматном порядке выступами 4 и впадинами 5, образованными гранями 6 и 7, На внутренней стороне трубы 1 выступы 4 и впадины 5 образуют впадины 8 и выступы 9, образующие полые завихривающие лопатки 10 с прямолинейными кромками 11 и плоскими гранями 12 и 13, расположенными под острым углом к направлению жидкостного потока (фиг.З). В пределе, при плотном размещении выступов 4 и впадин 5 возможно формирование тела 1 сплошь из чередующихся в шахматном порядке плоскогранных выступов 4 и впадин 5 (фиг,4), образующих гофрированную стенку, развертка которой представляет часть плоскости, т.е, для изготовления такой поверхности можно использовать плоский лист и с помощью лишь изгибной 510 35 40 деформации, без вытяжки получать гофрированную поверхность турбулизатора, Глубина впадин 5 и 8 может быть различной в зависимости от назначения турбулизатора, Для трубок каталитической насадки, где нужна поверхностная турбулизация, глубина впадин 5 и 8 может составить всего 1,52,5 ОО от эквивалентного гидравлического диаметра бг трубок насадки, для трубчатых теплообменников - 0,30,8 бг, Угол наклона прямолинейных кромок 10 выступов 9 к направлению потока определяется областью применения турбулизатора. Для создания интенсивной общей завихренности, например, в реакционном аппарате химической технологии, оптимальным является диапазон а = 3060 к направлению потока, в то время как в каталитических насадках а = 5578 О, а в теплообмен никах 2545 О,форма поверхности тонкостенного тела 1 турбулизатора определяется также особенностями его применения, При использовании в трубчатых теплообменниках тело 1 может быть тонкостенной трубой круглого, эллиптического или прямоугольного сечения; при использовании изобретения в каталитических насадках тело 1 может быть кольцеобразным, например коническим.Предложенная форма выполнения турбулизатора может быть выполнена как элемент конструкции теплоэнергетического агрегата (камеры сгорания, теплообменника, реакционного аппарата химической технологии и).При подаче жидкости или газообразного рабочего тела к патрубку 2 поток обтекает выступы 9 и образует за кромками 11 лопаток 10 примыкающие к граням 12 вихревые шнуры 14, стекающие ввиду наклона кромок 11 к направлению потока вдоль стенок трубчатого тела 1. Кроме того, поток вдоль стенок получает и общую подкрутку в сторону наклона образованных выступами 9 лопаток 10, Последовательность чередующихся выступов 9 образуют и последовательность спиральных вихревых шнуров 14, обтекающих всю внутреннюю поверхность тела 1, по которым основной поток как бы перекатывается, как на гидродинамических роликовых подшипниках. Массообмен между пристенком и потоком возрастает за счет вихревого течения, а гидравлические потери снижаются за счет отсутствия нерегулярных отрывов потока, локальных зон с большими градиентами потока.Аналогично происходит обтекание и внешней поверхности тела 1. Форма спи 1761248ральных отрезков впадин 5 и выступами 4 такова, что обтекающий их поток может быть не только продольным, параллельным оси трубчатого тела 2, но и поперечным, например при обтекании пучков теплообменных труб. Кроме повышения теплообменн ых качеств турбулизатор имеет существенно большую эластичность, позволяет сгибать, удлинять и укорачивать его без возникновения в материале опасных напряжений при значительных деформациях. Это обстоятельство повышает надежность реакционных и теплообменных аппаратов, в которых применен предложенный турбулизатор. Наличие на поверхности турбулизатора полых хордальных лопаток, образованных выступами 4 и 5, предотвращает его засорение при использовании загрязненных жидкостей, содержащих крупные волокнистые включения, что неизбежно при использовании лопаточных завихрителей. Формула изобретения 1, Турбулизатор, содержащий тонкостенное тело с выполненными на нем чере дующим ися в шахматном порядкевыступами и впадинами, ширина которых уменьшается к вершинам выступов и глубине впадин, отл и ч а ю щи й ся тем, что, с целью опережающего повышения интен сивности тепломассопереноса между поверхностью стенки и омывающим ее потоком по сравнению с гидросопротивлением, впадины выполнены в виде наклонных к направлению потока удлиненных 15 канавок с прямолинейной кромкой при вершине, образующих с внутренней стороны тонкостенного тела ряд полых лопаток,2, Турбулизатор по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что грани выступов и впадин выполне ны плоскими.1761248Составитель В. Базаров Редактор Техред М.Моргентал Корректомакова акаэ 3208 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101