Способ охлаждения и нагревания теплоносителя

 

СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВАНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, при котором теплоноситель перемещают по каналу, состоящему из конфузорного и диффузорного участков, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса теплообмена , при охлаждении теплоносителя перемещение его в конфузорном участке осуществляют Гсд адиабатически, а температуру стенки диффузорного участка поддерживают постоянной, соответствующей следующей зависимости )Т . + r nl(R + R }NuT. -L- GCpds „ ni(Ri + R2)Nu7. bix, при нагревании температуру стенки конфузорного участка 7,- поддерживают постоФ в соответствии соследующей завитью Т -GCpd3„ - т у Я/(/,+.Р2)Л«ЛТ вых iBxX л/( R-2)Nu7. ( + r - те.мпература теплоносителя входе в конфузорный участок ЫХ -температура теплоносителя выходе из диффузорного участка , °С; г - коэффициент восстановления; k - средний показатель адиабаты теплоносителя; ссчисло Маха на выходе из конфуфузорного участка; G - расход теплоносителя, кг/с; Ср-средняя изобарная теплоемкость теплоносителя, Дж/кг К; средний эквивалентный диаметр диффузорного участка, м; Я - средний коэффициент теплопроводности теплоносителя, Вт/м К; / - длина диффузорного участка, м; -2 - радиусы сечения на входе и на выходе диффузорного участка, м; и - критерий Нуссельта, ффузорном участке перемещение тепителя осуществляют адиабатически.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

T Т„((1+г М )—

CCd лl(R + R2) МиР.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3633236/24-06 (22) 2.08.83 (46) 23.10.85. Бюл. № 39 (72) И. П. Середа, Е. С. Турилина, И. Т. Аладьев, И. М. Морковкин и С. A. Шевякова (53) 621.565.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 777390, кл. F 28 F 1/10, 1973. (54) (57) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ И НАГРЕВАНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ, при котором теплоноситель перемешают по каналу, состоящему из конфузорного и диффузорного участков, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса теплообмена, при охлаждении теплоносителя перемещение его в конфузорном участке осуществляют Т„адиабатически, а температуру стенки диффузорного участка поддерживают постоянной, соответствующей следующей зависимости

+ G C сакэ

xl(R +К ) NuX, Ть х, прн нагревании температуру стенки конфу зорного участка Т, поддерживают посто

„„SU„„1186927 A (gg 4 F 28 F 13/06 янной в соответствии со следующей зависимостью

GC da

T„—, у„,„— г,„х

sr l (R i +Rý ) !ъ иА ас ь л1(К, + R ) .Ъ и) (1+r rÊ -1 М„- )) где Твх — температура теплоносителя на входе в конфузорный участок, С;

7эых — температура теплоносителя на выходе из диффузорного участка, С;

r — — коэффициент восстановления;

/г — среди и и показатель адп абаты теплоносителя;

М. — число Маха на выходе нз конфхфузорного участка;

G — расход теплоносителя, кг/с;

Ср — средняя изобарная теплосмкость теплоносителя, Дж/кг К;

d» — средний эквивалентный диаметр диффузорного участка, м;

Х вЂ” средний коэффициент теплопроBo+HocTи Tpп.tokiocHTk .1я. ВT/м К:

l — длина диффузорного участка. м;

Ri, % — радиусы сечения на входe и на выходе диффузорного участка. и;

Nu — критерий Нуссельта, а в диффузорном участке перемещение теплоносителя осуществляют адиабатнчсски.

1186927

25

35

45

Изобретение относится к теплоэнергетике и I åïëoòåõíèêå и может быть использовано в тепло- и массообменных аппаратах и преобразователях тепла в другие виды энергии (например, в тепловых двигателях), в энергетике (паровые котлы, газовые подогреватели воды), металлургии (котлы-утилизаторы), химии и нефтехимии (подвод тепла от газов к перерабатываемому жидкому сырью), а также на транспорте (регенераторы) .

Цельк> изобретения является интенсификация процесса теплообмена.

На фиг. 1 показано устройство для охлаждения газового теплоносителя; на фиг. 2—

T- S-ди а грамма п роцесса охлаждения; на фиг. 3 --- устройство для нагревания газового теплоносителя; на фиг. 4 — - T-S-диаграмм» нагревания газового теплоносителя.

Устройство (фиг. ) содержит конфузорпый участок 1, диффузорный участок 2, адиабатпческую оболочку 3, среду 4 с высоким к >эффпциснтом теплоотдачи (например, кипящую жидкость). В этом устройстве реа, пзу;отся термодинамические процессы, показанные па фиг. 2; 1-2 — процесс идеального адиабатического расширения; 2 -3 — процесс реального изотермического сжатия;

Р„- — давление теплоносителя на входе в копфузорный участок 1; Р „ ид — давление топ.ннгосителя па выходе из диффузорпого участка 2 в случае идеальных процессов;

Рe ;x. реал. -- давление теплоносителя на выx0;I(. пз дпффузорного участка 2 в случае ре

1!рп осуществлении (фиг. 2) идеальных пропсссов возможен выигрыш в давлении, т. с давление на выходе из диффузорного участка 2 будет больше давления на входе в конфузорный участок 1, поскольку работа адпабатичсского расширения газа в конфузоре больше изотермического сжатия в диффузоре. В реальных же процессах из-за потерь на трение и роста энтропии, давление теплоносителя на выходе из диффузорного участка 2 оказывается ниже давления на входе в копфузорйый участок 1. Однако этот перепад давления значительно (в 10 и более раз) меньше, чем в известных трубчатых

Tcïëîoáìåííèêàõ при реализации в них тех жe скоростей газа, которые имеют место в предлагаемом способе.

Устройство (фиг. 3) для нагревания газового теплоносителя содержит конфузорный у! ac.!.îê 5, диффузорный участок 6, среду с высоким коэффициентом теплоотдачи (например, конденсирующийся пар), адиабатическую оболочку 3.

На Т-S-диаграмме процесса нагрева теплоносителя указаны 1-2 — процесс изотермического расширения; 2-3 — процесс идеального адиабатического сжатия; 2-3 — процесс реального адиабатического сжатия;

Р s< — давление теплоносителя на входе в конфузорный участок 5; Р ых,q .— давление на выходе из диффузорного участка 6 в случае осуществления идеальных процессов; Рв х.реал. — давление на выходе в случае реальных процессов.

При осуществлении приведенных (фиг. 4) процессов давление на выходе из диффузорного участка 6 ниже, чем на входе в конфузорный участок 5, причем в случае реальных процессов этот перепад давления за счет роста энтропии увеличивается.

Результаты проведенных экспериментов при охлаждении и нагревании воздуха и сравнения коэффициентов теплоотдачи сс, длин теплообменных устройств / и срабатываемых перепадов давления АР для трех различных способов охлаждения и нагревания теплоносителя приведены в табл. 1 и 2.

Для сравнения взяты трубчатый теплообменный аппарат (а), труба с чередующимися конфузорными и диффузорными участками (б), сопряженный конфузор-диффузор (в), в котором реализуется предлагаемый способ.

Охлаждение воздуха производилось водой (кипящей и холодной при большом расходе) для поддержания постоянства температуры стенки диффузорного участка.

Диаметр входного сечения устройства равен

24 мм, М (1, Т, = T, = 100 С (табл. 1).

Нагревание воздухом (табл. 2) производилось конденсирующимся водяным паром (Р = 1 кгс/см-) для поддержания постоянства температуры стенки конфузорного участка (Т, = T, = 100 С) . Диаметр входного сечения устройства равен 24 мм, М (1.

Как видно из таблиц, при равных теплогидравлических условиях (бво д —— idem, tâõ= idem, б, = idem, AP=idem, P, = idem) в каждом из режимов коэффициент теплоотдачи в устройстве, в котором реализуется предлагаемый способ охлаждения, практически на порядок выше, чем в известных теплообменных аппаратах, следовательно, и длина устройства оказывается в 10 — 12 раз меньше, чем у известных устройств. Затраты энергии на прокачку воздуха оказываются приблизительно одинаковыми.

1186927

Таблица 1 возв г/с

P мм Н 0

РеG вобл г/с

Тип

Вт м2К теплообменных

àïïàратов

84

1,92

1 10 150 1,0 10 40

10 150 1,0 10 40

10 150 1,0 10 40

1,55

130

142

0,19

750

108

20 60 114

20 60 157

20 60 1150

2, 18

1,8

150

О, 19

168

2,36

20 190 1, 7 40 80 137

3 20 190 1,7 40 80 232

20 190 1, 7 40 80 1500

1,9

170

0,19

Таблица 2

Овозд, г/с

Тип обменСларе г/с

1, м ных

àïïàратов

1,2 0,4

1,2 0,4

1,2 0,4

20

1,68

120

30

200

1,36

30

40 1600 1140

0,36

P BX кгс см2

15 170 1 3

15 170 1,3

15 170 1 3

Рвх кгс см2

С .2 P

Вт мм Н 0 м2К

40 132

40 220

1186927

Юнх.реал

Юык. аР

i . /

I <;«,.>«I> I I. I> «<>«><к<»<;< тк»„.; <>33 I I (. н;;>он>с, !1 II< I>« < !>!>< к><>! В !»т>н ;l! и<> <ж I<>.<»>« l«>(ВНИИ!!И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Рау>нская наб., д. 4/5

Филиал Г!ПП «Патент». г. Ужгород, ул. Проектная, 4