Воздухоохладитель

:Зи,д 1 ффГТ",;е у,.с ьс .дЕ кторхоло" лообашин ность сится польГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР . ОПИСАНИЕ ИЗОБ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Марийское специальйое констрско-технологическое бюро торговогодильного оборудования(57) Использование: изобретение отнк холодильной технике и может быть и зовано для охлаждения воздуха в системах кондиционирования воздуха, охлаждения, замораживания и хранения пищевых продуктов. Сущность изобретения заключается в том, что междупластинами 5 ребер продольно к ним во фронтальных плоскостях по отношению к потоку воздуха, продуваемого вентилятором 2 через воздухоохладитель, устанавливаются струнные элементы б. Элементы б с помощью устройств 7 крепления укрепляются на кожухе 1 воздухоохладителя. Число струнных элементов. возрастает по ходу воздуха от ряда к ряду и достигает максимума на последних рядах оребренных труб 4, 3 з,п. ф-лы, 4 ил,ФИзобретение относится к холодильйой которая соединена с источником механичеТехнике и может быть испОльзовано для ских колебаний, например электромехвниохлам 4 ейиявоздуха в системах кондицио- ческим вибратором. Проволока может быть"ййроваййя воздуха, охлаждения, замора- выполнена электропроводной, концы ееживания и хранения пищевых продуктов, 5 изолированы от корпуса и к ним подключенЙзвестен "возДухбохладитель, содержа- источник тока, Струна может бйть выполнещйй кожух,размещеййыев йемвентилятор на также в виде плоской ленты, один конеци теплообменные секции, установленные с которой укрепляется на кожухе, а к другомузазоромотносительйо кожуха и друг друга, присоединяется источник крутильных колеи заслонки; прикрепленные к кожуху, 10 баний,Недостатком известного устройства яв- На фиг,1 изображена часть воздухоохляется сложность конструкции заслонки и ладителя, расстановка и подключение элесйстемы управления заслонками. Усложне- ментов-турбулизаторов к источнику тока; нание системы воздухоснабжения и действие фиг.2 - то же, вид сбоку; на фиг.3 - испольэаслонок ведет к росту аэродинамических 15 зование плоскихтурбулизаторов с йсточнисопротивлений воздушного тракта. Наличие ком крутильных колебаний; на фиг.4 - схема"кийематически изменяемых элементов воз- течения воздушного потока в месте постадушного тракта снижает надежность рабо- новки турбулизаторов.ты воздухоохладителя. Воздухоохладитель содержит кожух 1,Наиболее близким к предлагаемому яв вентилятор 2, конфузор 3, трубы 4 и гладкиеляется воздухоохладитель, содержащий плоские ребра 5. Трубы 4 и плоские ребра 5вентиляторы и теплообменные секции собразуют трубчато-ребристую поверхтрубчатб-пластинчатйми поверхностями и ность. К кожуху 1 присоединены струнныерассечением пластинчатого ребра по ходу турбулизаторы 6 с помощью устройств 7воздуха на короткие участки с периодиче крепления.ским нарушением нарастающего погранич- Воэдухоохладитель работает следуюного слоя. щим образом.Недостатком известного воздухоохла- Холодильный агент движется по змеедителя "валяется низкая холодопроизводи- викам, образуемым трубами 4, покрытымительность за счет снижения теплового 30 плоскими ребрами 5, Вентилятор 2 создаетнапора по мере йродвйжения-охлаждаемо- поток воздуха, который обтекает трубчатого воздуха от первого ряда труб к последне- ребристые поверхности. Конфуэор 3 наму. При этом уменьшается коэффицйент правляет воздух на поверхность изтеплоотдачи воздухоохладителя со стороны . элементов 4 и 5, Струны 6 укреплены ввоздуха"в последних рядах труб. Крометого, 35 кожухе 1 посредством устройств 7 креплепервые ряды труб по ходу воздуха забива- ния,ются инеем после 10-12 ч работы и требует- Элементы 6 приводят к образованиюся остановка системы и проведение вихрейиразрушениюламинарноготечения-процессаразмораживания поверхности(от- воздуха в аэродинамическом следе. Верхтайка), 40 ние ряды труб имеют большее число элеменЦель изобретения - увеличение на- тов 6, что ведет к увеличению турбулизации"ружного коэффициента теплоотдачи при потока по ходу воздуха. Коэффициенты наравнОмерном инеераСпределении по теп-, ружной тЕплоотдачи для трубчато-пластинлообменнымповерхностямбезреэкогоуве- чатого оребрения при ламинарном и:личения сложности конструкции. При этом 45 турбулентном характере потока воздухаувеличиваетСя холодопроизводительность пропорциональны шагу ребер Яр и опредевоэдухоохладителя и время работы аппара- ляются следующими зависимостями;тадо оттайки, ламичарное течение-0,67Поставленная цель достигается тем, что анЯрмежду пластинами оребрения продольно к 50 турбулентное течение.0,2ним во фронтальных плоскостях по отноше- ЙнЯр"йию"к потоку воздуха, продуваемого венти- где Зр - шаг оребрения.лятором через. воздухоохладитель, Следовательно, турбулизация, возра"устанавливаются струнные элементы, Эле- стающая по ходу воздуха, прйводит к повы: "мейФМукрепляются на кожухе воздухоохла шению коэффициента теплоотдачи от рядовдителя своими концами. Число струнных трубоквнизпопотокувоздуха. Этоповышезлейентбв возрастает по ходу. воздуха ат ние компенсирует снижение холодопроиз"рядак"рядуи доСтигает максимума на по- водительности рядов, удаленных от первойследних рядахоребрейнйхтруб, Струнамо- фронтальной поверхности воздухоохладижет быть выполнена в виде проволоки,теля, возникающего за счет уменьшениятеплового напора,Снижение холодаи роизводительностирядов по ходу воздуха вызывается падением температурного напора от ряда к ряду,обусловленным охлаждением воздушногопотока в предыдущих рядах воздухоохладителя,Холодопроизводительность трубки 4 гго ряда равнаОот "Рг 6 Ьгде кг - коэффициент теплопередачи г-горяда возлухоохладителя, отнесенный квнутренней поверхности, Вт/(м К);Г - площадь оребрения трубы г-го ряда;та - %а6 г =среднелогарифмии4 г 1 - ота - точеский температурный напор в г-м ряду;ь 1 - температура на входе в г-й ряд, С;1 а - температура на выходе из г-горяда, С;Ь - температура холодильного агента,Коэффициент теплопередачи пропорционален апр - коэффициенту (приведенному) теплоотдачи, Вт/(м К), 1 г " т( апр),где апр в свою очередь, пропорционален а,коэффициенту теплоотдачи г-го ряда,Вт/(мК).Отсюда следует, что существует следующая цепочка равенств.К, = 1 (а,р); акр = т (а,);а, = 1(Мцбн),где Ио, - число Нуссельта для трубы 4 в г-омряду,ЗдесьЙ Отав иаг - и йцг=СВег,онгде- коэффициент теплопроводностивоздуха, Вт/(м К);бн - наружный диаметр трубы, и;С - постоянная;и - показатель степени;ЧЧг Яде = - е- - число Реднольдсе;ВЗр - шаг ребер, м;Чв - коэффициент кинематической вязкости воздуха,м /с.Таким образом, существует зависимость кг = 1(Вел).У оребренных труб с длинными трубами.характер обтекания определяется течениемпо межреберным каналам. Показатель степени и при числе Вег в уравнении Йцг-Сйег" падает с уменьшением числа рядовв воздухоохладителе как для шахматных,так и для коридорных пучков оребренных труб. Рост числа рядов в этом случае увеличивает число Нуссельта и, следовательно,коэффициент теплоотдачи для пучков с числом рядов г4. Если Сг - отношение сред 5 ней теплоотдачи оребренных пучков слюбым количеством рядов к средней теплоотдаче многорядного пучка (г4), то при4 величина Сг становится и остаетсяравной Сг - 1. Это означаетчто локальное10 число йц и коэффициент теплоотдачиаР при г1 для рядов труб остаются постоянными от ряда к ряду,В существующих воздухоохладителяхкомпенсацию падения холодопроизводи 15 тельности труб Оо от ряда к ряду по ходувоздуха при уменьшении температурногонапора производят за счет увеличения площади оребрения Гор. Это ведет к уменьшению шага ребер Зр, Однако рост числа20 пластин оребрения ограничен предельнымзначением шага ребер Яр мин = 6-8 мм.Дальнейшее уменьшение шага ребер Зрувеличивает аэродинамическое сопротивление воздухоохладителя и, в условиях ине 25 еобразования, уменьшает время работывоздухоохладителя до полного перекрытияпространства между пластинами слоем нарастающего инея.- Это сокращает период работы устройст 30 ва между оттайками.Поэтому при достижении Яр мин для данного воздухоохладителя устанавливаетсяпредел повышения холодопроиэводительности рядов ребер.35 Это приводит к неравномерной тепловой нагрузке труб в рядах по ходу воздуха,Например, при числе рядов труб более десяти тепловая нагрузка труб верхнего рядападает почти на порядок по сравнению с40 первым по ходу воздуха.Использование турбулизаторов воздухав виде разрезных и гофрированных реберпозволяет увеличить коэффициенты теплопередачи последних по ходу воздуха ребер45 в соответствии с зависимостьюМ = 1 Яе), Вэтом случае за счет турбулизации потока наребре число Рейнольдса возрастает, увеличиваются число Нуссельта йв, коэффициенты аг, акр, 1 г и, наконец, возрастает 00.50 Расчет показывает, что локальный коэффициент теплоотдачи в турбулентном слое напластине вдвое превышает коэффициенттеплоотдачи при ламинарном режиме.Однако рассечение ребер приводит вусловиях инееобразования к быстрому образованию инея в зонах аэродинамическойтени за выступами ребер, что сокращает период между оттайками воздухоохладителя.Предлагаемое устройство, имеющее гладкие ребра и отделенные от них турбулизаторы, свободно ог этого недостатка,Частота установки турбулиэаторов птдолжна возрастать" обратно-пропорционально относительной холодопроизводитЕЛЬНОСтИ Ротн. = Оо/О 01 ОЧЕРЕДНОГО РЯДапо ходу воздуха, т.е.Ьт 1/Ротнгде О 01 - теплоотдача трубы в первом рядупо ходу воздуха, Вт;О 0 т. - теплоотдача в г-ом ряду, Вт.Если О, - суммарный температурныйнапор, приложенный к воздухоохладителям. то при линейном законе температурного напора (Эог, =(г) от ряда к ряду по ходувоздуха,Найдем 9, = И (в-г)/гв,где гв - число рядов труб в воздухоохладителе, включая трубу первого ряда (г = О),Холодопроизводительность трубки а-горядагв - еОо =гРг %= аГ 6гвПри холодопроизводительности перво.го рядаЯОО = к 1 Р 1 О = 1(1 Р 1гвотносительная холодопроизводительностьравнаОог Ь Гг гв - гРо ОрЧастота постановки турбулиэаторовподчиняется законук 1 Гг ггвпт 1/РотнЧастота постановки турбулиэатороввозрастает с ростом номера ряда (г = О, 1,2, , хв).При равных коэффициентах теплопередачи первого и г-го ряда к 1 - кг и равнойстепени оребрения Р 1= Ег частота постановки турбулиэаторов возрастает линейно походу воздуха, Для нелинейного закона падения температурного напора в зависимостиот функции Йт = 1 (г) изменяется и частотапостановки турбулиэаторов.Струны 6, размещаемые симметричноотносительно пластин (фиг,4), образуют насадки, которые ускоряют струи воздухавблизи пластин, что сдувает пограничныйслой с них и увеличивает процесс наружноготеплообмена, Сужение потока в створе установки турбулизаторов приводит к локальному увеличению скорости воздуха, Этовызывает местный рост коэффициента теплоотдачи.При числе Рейнольдса, лежащем в пределах 10 ( йе2 104, число Нуссельтаравно 19 () О,г ( Р )0,18 (Р )0.14дн цн0,65 Р О,ззГДЕ а/дн, Ь-Яг/6 н,5 31 - шаг труб по фронту, м;Зг - шаг труб по потоку воздуха, м;6 Р - высота ребер, м:дн - наружный диаметр труб, м;Ве - число Рейнольдса;10 Вг - число Прандтля,Локальное сужение потока ведет к местному возрастанию скорости и резкому увеличению числа Рейнольдса, что поприведенной зависимости увеличивает чис 15 ло Нуссельта и коэффициент наружной теплоотдачи, ЙВт МвСнгде Я, - коэффициент теплопроводностивоздуха.В устройстве по пункту 2 формулы элемент 6 приводится в колебательное движение, что еще более увеличивает теплообменза счет увеличения .процесса перемешиьа 25 ния струй воздуха.Колебательные движения струны 6 приводят к механическому разрушению слояинея в наиболее сжатых сечениях по ходувоздуха.Эти участки являются как раз критическими по осаждению инея.При недостаточной эффективности механического разрушения инея по п.2 следует использовать подогрев струны 6 за счет5 теплового действия тока по п,З формулыизобретения, Это приводит к таянию основания инея и уменьшению его сцепления споверхностью.Воздух, движущийся на этом участке с40 большими скоростями, сдувает слой инея.В п,4 указано направление интенсификации процессов по п,2 за счет измененияформы струны, которая действует в этомслучае подобно колеблющемуся профилю. В45 этом случае возникает периодическое воздействие струйного течения на поверхностиребер, Образующийся нестационарный пограничный слой способствует активациипроцесса теплообмена: рост локального50 числа Рейнольдса Яег в этом случае ведет кувеличению числа Нуссельта йа. Формула изобретения 1, Воздухоохладитель, содержащий .55 кожух и размещенные в нем вентилятор итеплообменн ые секции с трубчато-пластинчатыми поверхностями, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения холодопроиэводительности и удлинения периода работыустройства до размораживания при упрощении конструкции, во фронтальных плоскостях между пластинами ребер симметрично расположены турбулизаторы, выполненные в виде струн, частота постановки которых возрастает от первого к последнему ряду по ходу воздуха. 2. Воздухоохладитель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что струна выполнена в виде проволоки с подключенным к ней источником механических колебаний.3. Воздухоохладитель по п.2, о т и и ч аю щ и й с я тем, что струна выполнена из5 электропрсводящего материала и подключена к источнику тока,4. Воздухоохладитель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что струна выполнена в видеплоской ленты, подключенной к источнику10 крутильных колебаний,, Слиган тимм при Производственно-и льский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 Заказ 2987 ВНИИПТираж осударственного комите 113035, МоскваПодлис до изобретениям и отк