Способ теплообмена между жидкостью и поверхностью твердого тела

 

1. СПОСОБ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ЖВДКОСТЬЮ И ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДОГО ТЕЛА путем размещения у этой поверхности вспомогательной жидкости, имеющей при передаче тепла от поверхности к основной жидкости температуру кипения при рабочем давлении ниже рабочей температуры поверхности, но вьппе рабочей температуры указанной основной жидкости, меньшей ее температуры кипения, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при осуществлении теплообмена в поле массовых сил, в качестве жидкостей для теплообмена используют несмешивающиеся жидкости, а сам процесс теплообмена ведут также и в обратном направлении, при передаче тепла от основной жидкости к поверхности, при этом вспомогательную жидкость выбирают с плотностью, меньшей чем у основной, и с температурой кипения соответственно выше и ниже рабочих температур поверхности и основной жидкости, а при передаче тепла от поверхности к основной жидкости в направлении, противоположном направлению массовых сил, соотношение плотностей жидкостей изменяют на обратное. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе теплообмена для создания массовых сил основной жидкости придают вращательное или вращательно-поступао ф тельное движение. 3.Способ по п. 1, отлича (Л ющийся тем, что при передаче тепла в прямом направлении и при вертикальном или наклонном положениях поверхности на последней размещают капиллярно-пористую структуру, ЬЧ обладающую большей смачиваемостью 1C вспомогательной жидкостью, чем осvl новной.. о ел 4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспесо чения стабилизации температуры основной жидкости, вспомогательную жидкость выбирают с температурой кипения , равной температуре стабилизации , и осуществляют конденсацию пара вспомогательной жидкости во внешнем циркуляционном контуре с возвратом конденсата к поверхности теплообмена при толщине слоя вспомогательной жидкости на поверхности, превьш1ающей пять отрывных диаметров паровых пузырей .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1270531

ЕО 4 F 28 F 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3814151/24-06 ,(22) 03. 12.84 (46) 15.11.86. Бюл. 942 (71) Вологодский политехнический институт, Ленинградское ордена

Октябрьской Революции высшее инженерное морское училище им. адм.

С.О.Макарова и Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени институт точной механики и оптики (72) А.Н.Шичков, В.А.Петринчик, М.К.Овсянников, Н.А.Шичков, С.Б.Ябко, Ю.М.Чуманови Ю.С.Гаврилов (53) 621.565.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 705241, кл. F 28 F 13/14, 1978.

Авторское свидетельство СССР

11 1124676, кл. F 28 F 13/02, 1983. (54)(57) 1. СПОСОБ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ

ЖИДКОСТЬЮ И ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДОГО

ТЕЛА путем размещения у этой поверхности вспомогательной жидкости, имеющей при передаче тепла от поверхности к основной жидкости температуру кипения при рабочем давлении ниже рабочей температуры поверхности, но выше рабочей температуры указанной основной жидкости, меньшей ее температуры кипения, о т л и ч а ю щ и й-. с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при осуществлении теплообмена в поле массовых сил, в качестве жидкостей для теплообмена используют несмешивающиеся жидкости, а сам .процесс теплообмена ведут также и в обратном направлении. при передаче тепла от основной жидкости к поверхности, при этом вспомогательную жидкость выбирают с плотностью, меньшей чем у основной, и с температурой кипения соответственно выше и ниже. рабочих температур поверхности и основной жидкости, а при передаче тепла от поверхности к основной жидкости в направлении, противоположном направлению массовых сил, соотношение плотностей жидкостей изменяют на обратное.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что в процессе теплообмена для создания массовых сил основной жидкости придают вращательное или вращательно-поступательное движение.

3. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что при передаче тепла. в прямом направлении и при вертикальном или наклонном положениях поверхности на последней размещают капиллярно-пористую структуру, обладающую большей смачиваемостью вспомогательной жидкостью, чем основной..

4. Способ по и. 1, отличаюшийся тем, что, с целью обеспечения стабилизации температуры основной жидкости, вспомогательную жидкость выбирают с температурой кипения, равной температуре стабилизации, и осуществляют конденсацию пара вспомогательной жидкости во внешнем циркуляционном контуре с возвратом конденсата к поверхности теплообмена при толщине слоя вспомогательной жидкости на поверхности, превышающей пять отрывных диаметров паровых пузырей.

1270531

30

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к процессам теплообмена между жидкостью и твердым телом при высоких значениях плотности теплового потока.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа при осуществлении теплообмена в поле массовых сил.

На фиг. 1 изображена схема передачи тепла от поверхности к основной жидкости, на фиг. 2 — схема передачи тепла от основной жидкости к поверхности, на фиг. 3 — схема передачи тепла от поверхности к основной жидкости при вращении; на фиг. 4 — схема передачи тепла от основной жидкоси к поверхности при вращении, на фиг. 5 — схема теплообмена при возврате конденсата с помощью капиллярной структуры; на фиг. 6 — схема части устройства для стабилизации температуры основной жидкости, Поверхность 1 твердого тела непосредственно взаимодействует со слоем вспомогательной жидкости 2, отделенной поверхностью 3 раздела от основной жидкости 4. На участках теплообмена имеются пузыри 5 пара вспомогательной жидкости 2. На вертикальной поверхности 1 твердого тела размещена капиллярная структура 6, обладающая большей смачиваемостью вспомогательной жидкости 2, чем основной жидкостью 4, в которой с некоторым зазором относительно капиллярной структуры 6 размещен змеевик 7 с движущимся внутри него дополнительным хладагентом (фиг. 5) .

Капиллярная структура 6 может обладать гидрофильными свойствами по отношению к вспомогательной ящцкости и гидрофобными свойствами по отношению к основной жидости ° В устройстве для стабилизации температу ры основной жидкости 4 (фиг. 6) поддерживают толщину слоя вспомогательной жидкости 2 более пяти отрывных диаметров пузырей пара, причем для конденсации пара служит конденсатор

8, размещенный во внешнем циркуляционном контуре 9. Основная жидкость имеет в этом устройстве свободную поверхность 10. При осуществлении данного способа в качестве основной и вспомогательной жидкостей могут быть взяты, например, вода и фреон113 соответственно.

Способ теплообмена между жидкостью и поверхностью твердого тела осуществляют следующим образом.

Между поверхностью 1 и основной жидкостью 4 размещают вспомогательную жидкость 2, которая кипит на поверхности 1, Пузыри пара 5 вспомогательной жидкости 2 поступают через поверхность 3 раздела жидкостей в основную жидкость 4. Так как плотность вспомогательной жидкости 2 больше, чем плотность основной, то конденсат вспомогательной жидкости поступает в зону теплоотдающей поверхности 1.

При передаче тепла от основной жидкости 4 к поверхности 1 (фиг. 2) между этой поверхностью и основной жидкостью 4 размещают вспомогательную жидкость 2 с плотностью, меньшей, чем у основной жидкости. Пузыри пара вспомогательной жидкости 2 образуются на поверхности раздела жидкостей 3 и поступают к поверхности

1, где конденсируются.

В случае, когда основной жидкости придают вращательное или вращательно-поступательное движение (фиг, 3), то между поверхностью 1 и основной жидкостью 4 с учетом действия центробежных сил размещают вспомогательную жидкость 2 с большей плотностью. На поверхности 1 обраэуются пузыри 5 вспомогательной жид35 кости 2, которые поступают через поверхность 3 раздела жидкостей к основной жидкости 4 и в ней конденси>уются .

40 Если плотность вспомогательной жидкости 2 меньше, чем основной, то ее размещают между поверхностью 1 и основной жикдостью 4 с учетом действия центробежных сил (фиг. 4) ° Пузыри 5 пара вспомогательной жидкости 2 образуются на поверхности 3 раздела жидкостей и поступают под действием центробежных сил к поверхности 1.

Для возврата конденсата паров вспомогательной жикдости 2 к поверхности 1 теплообмена (фиг. 5) на поверхности 1 размещают капиллярную структуру 6, которая пропитана вспо-> . могательной жидкостью 2. Пузыри пара вспомогательной жидкости 2, которые образуются на поверхности 1, поступают в обьем основной жидкости 4, 1270531 которую охлажцают, например, с помощью змеевика 7.

Пузыри 5 пара вспомогательной жидкости 2 конденсируются в объеме основной жидкости 4 и при плотности вспомогательной жидкости 2 большей, чем основной, конденсат опускается вниз и образует слой вспомогательной жидкости 2. Далее конденсат под действием капиллярных сил поступает к 1п поверхности 1 теплообмена. При плотности вспомогательной жидкости 2, меньшей, чем основной, конденсат поступает вверх и далее с помощью капиллярных сил к поверхности 1 теплообме-15 на. Кроме того, размещение капиллярной структуры 6 на поверхности 1 теплообмена дает более интенсивное кипение, чем на гладкой поверхности.

Для лучшего разделения основной 20 и вспомогательной жидкостей капиллярную структуру выполняют иэ материала с гидрофобными свойствами для основной и гидрофильными для вспомогательной жидкостей. Например, при исполь- 25 зовании в качестве основной жидкости воды, а вспомогательной — фреона и капиллярной структуры из фторопласта вспомогательная жидкость (фреон) имеет краевой угол смачивания фторо 30 пласта меньше 90, а вода — больше

90 . Поэтому фреон будет поступать по капиллярам структуры к поверхнос- . ти теплообмена, а вода не будет.

Для стабилизации температуры основной жидкости 4 ниже температуры ее кипения между поверхностью 1 и основной жидкостью 4 размещают вспомогательную жидкость 2 с температурой кипения при данном давлении, равной температуре стабилизации. Пузыри 5 пара вспомогательной жидкости 2 образуются на поверхности 1, .всплывают и перемешивают слой основной жидкости 4, при этом происходит интенсивный теплообмен между паром и основной жидкостью с конденсацией части пара. Далее остальной пар конденсируют, например, вне объема основной жидкости в конденсаторе 8 и возвращают в слой вспомогательной жидкости, при этом обеспечивают толщину слоя вспомогательной жидкости более пяти отрывных диаметров пузырей ее пара. Последнее условие выбрано для того, чтобы не было частичного поступления основной жидкости к поверхности 1.

Предлагаемый способ позволяет осуществлять интенсивный теплообмен как с нагревом, так и с охлаждением

I основной жидкости, причем не требуется составления эмульсий или растворов основной и вспомогательной жидкостей.

1270531

1270531.2

Фига

Аа.б

Составитель А.Лобанов

Техред Л.Олейник Корректор M.Максимишинец

Редактор А.Лежнина

Заказ 6228/39 Тираж 589 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4