Теплообменник

(19 28 О 1/О РЕТЕНИ САНИЕ В г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к теплаабменным аппаратам, применяемым для обменатепловой энергией между жидкостью и газом или воздухом, конкретнее к радиаторамтранспортных средств и стационарных установак, и может использоваться в отраслях энергетического. и транспортного машиностроения. Цель изобретения - повышение интенсификации теплообмена. Теплообменник содержит пучки (П) 1 и 2 вертикальных труб 3, снабженных общим оребрением в виде пластин 4, Трубы 3 П 1 и 2 установлены в трубных досках 5, скрепленных с коллекторами 6. Пластины 4 образуют плоские каналы (К) 7 и 8 постоянного по длине поперечного сечения. При зтам пластины 4 в каждом П 1 и 2 расположены с переменным шагом а и в, чередующимся по длине труб 3, а отношение поперечных соседних К 7 и 8 в каждом П 1 и 2 составляет 1:3, причем К 8 меньшего сечения расположены соосно К 7 большего сечения другога пучка, чта позволяет разбивать воздушный поток, выходящий из П 1, пластинами на мелкие струйки, взаимодействующие между собой перед фронтом последующих пучков и тем самым достичь разрушения пограничного слоя в К 7 и 8.2 ил,Изобретение относится к теплообменным аппаратам, применяемым для обмена тепловой энергией между жидкостью и газом или воздухом, конкретнее к радиаторам транспортных средств и стационарных установок, и может использоваться в отраслях энергетического и транспортного машиностроения.Известен теплообменник, содержащий пучки вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин, образующих плоские каналы постоянного по длине поперечного сечения,В связи с тем, что смежные пластины образуют плоские каналы постоянного по длине поперечного сечения, то воздушный поток, проходя по каналам каждого пучка вертикальных труб, не встречает на своем пути разрушение ядра струи на элементарные струи при входе потока в последующие пучки труб. В связи с этим разрушение пограничного слоя в этих каналах не достигается, что в целом снижает турбулизацию воздушного потока, и, как следствие, приводит к снижению интенсификации теплообмена,Известен также теплообменник, содержащий секции, собранные из двух одинаковых пучков вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин с одинаковым шагом, образующих плоские каналы постоянного по длине поперечного сечения,В связи с тем, что секции выполнены из двух одинаковых пучков вертикальныхтруб, снабженных общим оребрением в виде пластин с одинаковым шагом, образующих плоские каналы постоянного поперечного сечения по длине, то это обстоятельство не дает возможности распространить эффект высокой теплопередачи перед фронтом последующих пучков труб, а также по глубине их каналов, так как воздушный поток, проходя по каналам каждого пучка, не встречает на своем пути разрушение пограничного слоя в этих каналах, что в целом снижает турбулизацию воздушного потока, и, как следствие, приводит к снижению интенсификации теплообмена.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является теплообменник, содержащий пучки вертикальных труб, снабженных общим оребрением в виде пластин, образующих плоские каналы постоянного по длине поперечного сечения,8 этом теплообменнике между пучками вертикальных труб размещена дополнительно гофрированная сетка, которая уменьшает проходное сечение каналов перед входом воздушного потока в последующие каналы второго пучка труб, что ведет кувеличению аэродинамического сопротивления на 15 - 170 уменьшению массовой5 скорости воздуха, просасываемого черезпоследующие пучки труб, и тем самым кснижению числа Рейнольдса пропорционально скорости движения воздуха, чтоприводит к снижению турбулизации потока10 и, как следствие, снижает коэффициент теплопередачи на 8 - 10. С другой стороны,в таком теплообменнике при неизменномподводе мощности на мотор-вентиляторснижается расход воздуха, просасываемого15 через пучки труб, а, чтобы повысить интенсивность теплообменника, необходимо увеличить мощность мотор-вентиляторовпропорционально величине его аэродинамического сопротивления (гофрированной20 сетке). Кроме того, в этом теплообменникеструи воздушного потока при прохождениив каналах по глубине пучка труб не разрушают пограничного слоя в каналах. Это обстоятельство снижает также турбулизацию25 воздушного потока в каналах и приводит вцелом к снижению интенсификации теплообмена,Цель изобретения - повышение интенсификации теплообмена.30 Указанная цель достигается тем, что втеплообменике, состоящем из пучков труб,снабженных оребрением в виде пластин,образующих плоские каналы постоянногопо длине поперечного сечения, пластины в35 каждом пучке расположены с переменнымшагом, чередующимся по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в пучке составляет 1:3, причем каналыменьшего сечения расположены соосно ка 40 налам большего сечения другого пучка.Благодаря тому, что пластины в каждомпучке расположены с переменным шагом,чередующимся по длине труб, а отношениепоперечных сечений соседних каналов в45 пучке составляет 1:3, при этом каналы меньшего сечения расположены соосно каналамбольшего сечения другого пучка, на входе впоследующий пучок вертикальных труб воздушный поток разбивается пластинами на50 мелкие струйки и течение его по каналамсопровождается следующим процессом.Так, при истечении потока из канала меньшего сечения первого по ходу воздуха пучка труб поток входит в канал большего55 сечения следующего пучка труб по его центральной части, а по его периферийной части направляются потоки из каналовбольшего сечения, охватывающих каналменьшего сечения по ходу воздуха пучкатруб. В связи с этим происходит разрушение пограничного слоя в канале большего сечения следующего пучка труб, что вызывает дополнительную турбулизацию в его канале из-за взаимодействия центрального и периферийного потоков, что способствует увеличению тепловой эффективности теп- лообменника и приводит к интенсификации теплообмена. При истечении потока из смежного канала большего сечения по ходу воздуха пучка труб часть потока входит в канал меньшего сечения следующего пучка труб, а другая часть его направляется в канал большего сечения, охватывающих канал меньшего сечения следующего пучка труб. В связи с этим течение воздушной среды на входе в канал как большего, так и меньшего сечения следующего пучка труб вызывает разрушение, пограничного слоя в каналах из-за взаимодействия этих потоков, Это способствует увеличению турбулизации воздушного потока в смежных каналах и приводит к интенсификации теплообмена в целом,Благодаря тому, что каналы меньшего сечения расположены соосно и выполнены с соотношением размеров в поперечном сечении, равным 1:3, и их выпускные и впускные кромки в соответствующих каналах пучка труб расположены напротив другдруга, при истечении воздушной среды из каналов первого пучка по ходу воздуха в соосные каналы последующего пучка труб достигается выравнивание расходов воздуха и скоростей по всему сечению каналов, что способствует снижению аэродинамического сопротивления.Так, при истечении потока воздуха из канала меньшего сечения, расположенного против канала большего сечения другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/3 часть расхода воздуха, а через периферию его канала втекает также по 1/3 части потока воздуха из каналов большего сечения, охватывающих указанный канал меньшего сечения,При истечении потока воздуха из канала большего сечения, расположенного против канала меньшего сечения, и части каналов большего сечения другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/3 часть расхода воздуха, а по периферии каналов большего сечения, охватывающих указанный канал меньшего сечения, втекает по 1/3 части расхода воздуха. Это обстоятельство приводит к тому, что по глубине и высоте последующих пучков обеспечивается равномерное разрушение пограничного слоя в каждом его канале, что в целом10 15 20 истечении потока воздуха из канала большего сечения, расположенного против кана 25 30 35 40 45 50 55 рационально способствует интенсификации теплообмена,При изменении соотношения поперечных сечений каналов в сторону их увеличения или уменьшения снижаются оптимальные характеристики теплообменника, так как изменение поперечных сечений каналов создает в первую очередь неравномерность распределения расходов воздуха по каналам, что вызывает неравномерность разбиения пластинами потока воздуха и приводит к неравномерности турбулизации потоков в каналах, что в целом снижает тепловую эффективность теплообменника и приводит к снижению эффективности интенсификации теплообмена,Так, например, при соотношении поперечных сечений каналов 1:2 не обеспечивается выравнивание расходов воздуха и скоростей по сечению каналов, так как при ла меньшего сечения другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/2 часть расхода воздуха, а по периферии каналов большего сечения, охватывающих указанный канал меньшего сечения, втекает по 1/4 части расхода воздуха. При истечении потока из канала меньшего сечения, расположенного против канала большего сечения другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/2 часть расхода воздуха, а через периферию его канала втекает также по 1/4 части потока воздуха из каналов большего сечения, охватывающих указанный канал меньшего сечения,Это приводит к тому, что по глубине и высоте последующего пучка труб не обеспечивается равномерное разрушение пограничного слоя в каждом ее канале, Это в целом снижает интенсификацию теплообмена.При соотношении поперечный сечений каналов 1:4 также не обеспечивается выравнивание расходов и скоростей по сечению каналов, так как при истечении потока воздуха из канала большего сечения, расположенного против канала меньшего сечения другого пучка труб, в последний втекает по оси его 1/4 часть расхода воздуха, а по периферии каналов большего сечения, охва- . тывающих указанный канал меньшего сечения, втекает по 3/8 части расхода воздуха. При истечении потока воздуха из смежного канала меньшего сечения, расположенного против канала большего сечения другого пучка, в последний втекает по его оси 1/4 часть расхода воздуха, а через периферию его канала втекает по 3/8 части потока воздуха из каналов большего сечения,охватывающих указанный канал меньшего сечения. Это также приводит к тому, что по глубине и высоте последующего пучка не обеспечивается равномерное разрушение пограничного слоя в каждом ее канале, что в целом снижает интенсификацию теплообмена,Таким образом, благодаря отношению поперечных сечений соседних каналов в пучке 1:3 и описанному расположению каналов большего и меньшего сечений в пучках обеспечивается в последующих пучках равномерное перераспределение расходов потока по всем каналам как по высоте, так и по глубине пучка, Это позволяет одновременно сохранить одинаковую скорость истечения воздушного потока как на входе, так и на выходе из последующих пучков труб за счет неизменного сечения самих каналов, что, в свою очередь, снижает аэродинамическое сопротивление воздушному потоку.В целом разделение потока воздуха в каналах при входе во второй пучок труб на три части (при соотношении поперечных сечений 1/3) ведет к разрушению пограничного слоя воздуха по всей длине каналов более эффективно. Этому способствует то обстоятельство, что при входе потока воздуха во второй пучок труб в каналах, например, большего сечения, образуются при истечении потока воздуха за выпускной кромкой каналов первого пучка одновременно три ядра струи, Одно из них размещено по оси канала, а два других - охватывающие среднее ядро струи, что способствует интенсивному взаимодействию самих ядер струй между собой, интенсивному взаимодействию этих потоков между собой по длине каналов и интенсивному вихреобразованию потоков непосредственно у всех стенок каналов, что в целом повышает интенсификацию теплообмена.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается тем, что пластины в каждом пучке расположены с переменным шагом, чередующимся по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в пучке составляет 1;3, причем каналы меньшего сечения расположены соосно каналам большего сечения другого пучка.На фиг.1 изображен теплообменник, общий вид; на фиг.2 - узел на фиг. 1, расположение пластин в пучках труб.Теплообменник содержит пучки 1 и 2 вертикальных труб 3, снабженных общим орефрением в виде пластин 4,Трубы 3 пучков 1 и 2 установлены втрубных досках 5, скрепленных с коллекторами 6. Пластины 4 образуют плоские каналы 7 и 8 постоянного по длине поперечного 5 сечения. При этом пластины 4 в каждом пучке 1 и 2 расположены с переменным шагом а и Ь, чередующимся по длине труб 3, а отношение поперечных сечений соседних каналов 7 и 8 в пучке составляет 1:3, При 10 этом каналы 8 меньшего сечения расположены соосно каналам 7 большего сечения другого пучка.Теплообменник работает следующимобразом.15 Охлаждаемая вода направляется через коллектор 6 в трубы 3, вмонтированные в трубные доски 5 пучков 1 и 2, и выходит через коллектор 6, расположенный на противоположных концах пучков 1 20 и 2 (фиг.1), Охлаждающий атмосферныйвоздух проходит по воздушным каналам 7 и 8, образованным трубами 3 и смежными парными пластинами 4, установленными в каждом пучке 1 и 2 с чередующимися по 25 ширине шагом а и Ь (фиг.2). Пройдя первыйпучок 1, охлаждающий поток воздуха поступает во второй пучок 2, где воздушный поток на входе разбивается пластинами 4 на мелкие струйки и тем самым разруша ется пограничный слой в каналах 7 и 8, чтоинтенсифицирует теплообмен во втором пучке 2.Технико-экономические преимущества предлагаемого теплообменника выра жаются в повышении интенсификациитеплообмена за счет дополнительной принудительной турбулизации потока воздуха на входе во второй пучок 2 без значительного увеличения аэродинамического сопро тивления.Формула изобретенияТеплообменник, содержащий пучки 45 вертикальных труб, снабженных общиморебрением в виде пластин, образующих плоские каналы постоянного по длине поперечногосечения,отл и чаю щийсятем, что, с целью интенсификации теплообмена, 50 пластины в каждом пучке расположены спеременным шагом, чередующимся по длине труб, а отношение поперечных сечений соседних каналов в пучке составляет 1:3, причем каналы меньшего сечения располо жены соосно каналам большего сечениядругого пучка,.Демчик ака изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 527 ТиражИИПИ Государственного комитета по изо113035, Москва, Ж, Ра Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ СС ская наб 4/5