Теплообменный элемент

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1122143 А(56) Патент Великобритании У 1003446, кл. С 6 С, опублик. 1963.ИеЬЬ К.Ь. Ес 1 сегг Е.К.С.,Со 1 Й- зГегп К,1. Неаг. ггапяйег апй Егдсг.оп п йцЬез чдзг гереагей гЬ, гоа 8 Ьпеяя 1 пСегпагопа 1 1 оцгпа 1 оГ Несг апд Назя ТгацяГеш СгеаГ Вггадп Регдашеп Ргеяз 197 1, чо 1 14, р. 60,йд 8 1.(54)(57) ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий размещенные внутри. трубы поперечные сплошные ребра, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения критической мощности придисперсно-кольцевом и дисперсномрежимах течения теплоносителя, между сплошными ребрами на расстоянииот них не более ста диаметров трубыустановлено ребро с отверстиямиили впадинами, причем площадь отверстий составляет 15-763 площади сплошного ребра, а площадь впадин составляет 25-767. площади сплошного ребра.1 1Изобретение относится к областиядерной энергетики и может быть использовано в парогенераторах, тепло -обменникахядерных реакторах, аименно для теплообменных трубчатыхповерхностей твэлов, парогенераторов, теплообменников.Известны .тепловыделяющие элементы, внутренняятрубчатая оболочкакоторых снабжена катьцевыми гофрами,Горировка внутренйрй;трубчатой поверхности создает турбулизацию потока теплоносителя., "что приводит кповь 1 шению критической мощности, ноэто повьппение является недостаточным,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату к изобретению является теплообменный элемент, содержащий размещенные вн;три трубы поперечные сплошные ребра. Турбулизация потока теплоносителя, вызываемая этими ребрами, приводит к увеличению критической мощности (критического теплового потока), причем максимальное увеличение наблюдается при частом расположении ребер.Недостатком прототипа является небольшая критическая мощность теплообменного элемента при дисперсно- кольцевом и дисперсном режимах тече - ния теплоносителя. Дисперсно-кольцевой режим течения характеризуется наличием пара и капель жидкости в ядре потока и микропленки жидкости на теплоотдающей поверхности, а при дисперсном режиме течения пленка отсутствует.Целью изобретения является увеличение критической мощности при дисперсно-кольцевом и дисперсном режимах течения.Указанная цель достигается тем, что в теплообменном элементе, содержащем размещенные внутри трубы поперечные сплошные ребра, между сплошными ребрами на расстоянии от них не более ста диаметров трубы установлено ребро с отверстиями или впадинами, причем площадь отверс тий составляет от 15 до 76% от площади сплошного ребра, а площадь впадин составляет от 25 до 76 от площади сплошного ребра.На фиг. 1 изображен продольный разрез теплообменного элемента, на фиг. 2 - сечение А-А теплообменного элемента, снабженного ребром с122143 45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 отверстиями; на Фиг. 3 - сечение А-А теплообменного элемента, снабженного ребром с впадинами, на, Фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5-8 - Физические характеристики теплообменного элемента.Теплообменный элемент имеет обычное сплошное ребро 1 и ребро 2,имеющее отверстия или впадины. Отверстия и впадины могут иметь раз - личную конфигурацию. Например, на Фиг, 2 и 3 изображены ребра с полу- кольцевыми отверстиями и прямоугольными впадинами. Ребро с впадинами может быть заменено совокупностью нуклевок, нанесенных по окружности на поверхности трубы, а ребро-гофрой, На фиг, 4 изображено поперечное сечение теплообменного элемента с обычным ребром. На фиг. 5-6 представлены зависимости критического теплового потока о от безразмерного расстояния от диафрагмы калибра я/д (я - расстояние от дифрагмы, д - диаметр канала). На фиг. 7 представлена зависимость критического теплового потока на расстоянии 50 калибров от диафрагмы. От относительной величины площади отверстий - К = 100(Р- площадь отРотбР"отверстий, Ррб- площадь ребра). На этой же фигуре показана зависимость перепада давления на диафрагме. На фиг. 8 представлены зависимости теплового потока (при наличии пленки жидкости перед диафрагмой) от безразмерного расстояния от диаф - рагмы. Цифрами 3- 15 на фиг. 5-8 обозначены характеристики для следующих условий:"гладкая" труба 3 (диафрагма с внутренним диаметром, равным диаметру гладкой трубы с= 8 10 м),обычное ребро 4, имитируемое дифрагмой;обычное ребро 5, имитируемое разрезной шайбойРебра с отверстиями (6 - о = 0,3, 7 - 6 = 0,5 10м);два обычных ребра 8, находящихся на расстоянии 25 10 м одно от дру гого, 9 - 11 - комбинация ребра с отверстиями и обычного ребра (9 -8= 0,3; 10 -Ю = 0,5; 11 - д0,7510 м), 12, 13 - ребро с впадинами (12 -= 1 13 - Р = 2 10 ) 14, 15 - комбинация ребра с впадина1122143 10 б-б ми и обычного ребра (14 - 1 = 2;15 - С =2510 м).Элемент работает следующим образом. На вход в теплообменный элемент подается теплоноситель с заданными входными параметрами. Направление течения теплоносителя показано на фиг. 1 стрелкой. В зависимости от величины подводимого теплового потока теплоноситель может иметь различное паросодержание на выходе элемента. На фиг. 5-6 видно, что установка обычного сплошного ребра приводит 1 к увеличению критического теплового потока по сравнению с гладкой трубой, причем с увеличением количества ребер эффективность возрастает. Наличие отверстий или впадин в ребре ро уменьшает его эффективность, нокомбинация ребра с впадинами или отверстиями и обычного сплошного ребра может увеличить прирост критического теплового потока по сравне нию с приростом критического теплового потока, вызванного суммарным турбулизирующим воздействием двух обычных сплошных ребер. На основании данных, приведенных на фиг. 5, 6, 7, сделать вывод о .том, что прирост критического теплового потока происходит при площади отверстий от 15 до 763 от площади сплошного ребра или площади впадин от 25 до 763 от площади сплошного ребра, причем возмущение потока, производимое турбулизатором, ощутимо на расстоянии от него не более ста диаметров трубы, т.е. увеличение критическоймощности (критического теплового потока) возможно только в указанном интервале. Таким образом установка турбулизаторов на расстоянии более 100 диаметров трубы не приводит к положительному эффекту, При наличии пленки жидкости перед диафрагмой (тепловой поток на входномучастке меньше критического) отмеченный эффект исчезает (см.фиг.8). Предлагаемый теплообменный элемент в области дисперсно-кольцевого и дисперсного режимов течения теплоносителя существенно увеличивает критическую мощность (критический тепловой поток) при одинаковых режимных паоаметрах.