Устройство теплообменное

 

Использование: изобретение относится к способам изменения коэффициента теплоотдачи в пористых материалах при различных режимах течения теплоносителя. Сущность изобретения заключается в увеличении интенсивности теплообменна в пористых материалах и реализации заданной величины коэффициента теплоотдачи втеплообменном устройстве с помощью определенной структуры пористого материала. Это достигается тем, что для получения заданного коэффициента теплоотдачи в теплообменном устройстве с пористыми элементами используется пористый материал со структурой, для которой величины дисперсий диаметров пор и частиц (степень неравномерности пористой структуры) соответствуют заданной величине коэффициента теплоотдачи при прочих условиях (пористость, скорость течения охладителя). Эти величины дисперсий диаметров пор и частиц обеспечиваются технологией изготовления пористого материала. Для достижения указанной цели в предлагаемом устройстве для получения заданной интенсивности теплообмена в пористых материалах используется установленное экспериментальным путем влияние дисперсий диаметров пор и частиц Рейнольдса на теплоотдачу в пористых материалах, что определено полученной в результате обработки опытных данных критериальной зависимостью . С помощью этой зависимости по заданной величине коэффициента теплоотдачи при прочих равных условиях рассчитываются величины дисперсий диаметров пор и частиц, удовлетворяющие критериальную зависимость. Полученные величины дисперсий диаметров пор и частиц в используемом в теплообменном устройстве пористом материале обеспечиваются технологией его изготовления. 3 ил. СО с VJ со ел VJ g

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з F 28 F 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ. ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4858047/06 (22) 08.08.90 (46) 23.05.92. Бюл. М 19 (71) Московский авиационный институт им.

Серго Орджоникидзе (72) Б.М,Галицейский, А.Л.Ложкин и

А,Н.Ушаков (53) 621,57 (088:.8) (56), Кох, Стивенс. Увеличение эффективности охлаждения путем заполнения каналов для охладителя пористыми материалами, 1975, с.97. (54) УСТРОЙСТВО ТЕПЛООБМЕННОЕ (57) Использование; изобретение относится к способам изменения коэффициента теплоотдачи в пористых материалах при различных режимах течения теплоносителя.

Сущность изобретения заключается в увеличении интенсивности теплообменна в пористых материалах и реализации заданной величины коэффициента теплоотдачи в теплообменном устройстве с помощью определенной структуры пористого материала. Это достигается тем, что для получения заданного коэффициента теплоотдачи в теплообменном устройстве с пористыми элементами используется пористый материИзобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при разработке теплообменных устройств различного назначения с пористыми элементами, Известно, что основными параметрами, определяющими величину коэффициента теплоотдачи в пористых материалах, является скорость прокачки охладителя через пористый материал, т.е. число Рейнольдса и пористость П. Изменению указанных пара Ж „» 1735704 А1 ал со структурой, для которой величины дисперсий диаметров пор и частиц (степень неравномерности пористой структуры) соответствуют заданной величине коэффициента теплоотдачи при прочих условиях (пористость, скорость течения охладителя).

Эти величины дисперсий диаметров пор и частиц обеспечиваются технологией изготовления пористого материала. Для достижения указанной цели в предлагаемом устройстве для получения заданной интенсивности теплообмена в пористых материалах используется .установленное экспериментальным путем влияние дисперсий диаметров пор и частиц Рейнольдса на теплоотдачу в пористых материалах, что оп-, ределено полученной в результате обработки опытных данных критериальной зависимостью. С помощью этой зависимости по заданной величине коэффициента теплоотдачи при прочих равных условиях рассчитываются величины дисперсий диаметров пор и частиц, удовлетворяющие критериальную зависимость. Полученные величины дисперсий диаметров пор и частиц в используемом в теплообменном устройстве пористом материале обеспечиваются технологией его изготовления. 3 ил, метров соответствует изменение величины коэффициента теплоотдачи в пористом материале, определяемое известными аналитическими соотношениями типа N> = F(Re", П).

Определено также влияние на величину коэффициента теплоотдачи таких параметров, как скорость течения теплоносителя и пористость, диаметр частиц пористого материала. Иными словами, каждый из пере1735704 (б ср.пор — б 1 пор ) г

l 1

Dnop п — 1

35 (<срч — 4i÷ )

D„ i =1

n — 1 (2) где бср.пор средний диаметр пор; 40

dl n0p диаметр поры; бср.ч средний диаметр частиц;

d1ч — диаметр частицы..

Параметры, определяемые соотношениями (1) и (2), характеризуют упорядочен- 45 ность и степень неравномерности пористой структуры.

Целью изобретения является изменение интенсивности теплообмена в пористых порошковых материалах (ППМ) и реализа- 50 ция заданной величины коэффициента теплоотдачи в теплообменном устройстве с помощью определенной структуры пористости материала.

Указанная цель достигается тем, что в 55 теплообменном устройстве, содержащем корпус с каналом для газового потока и пористый вкладыш из ППМ, установленный в канале, материал вкладыша выбирают с зачисленных параметров в отдельности или совокупности этих параметров влияют на величину коэффициента теплоотдачи в по.ристых материалах и являются факторами, позволяющими управлять величиной коэф- 5 фициента теплоотдачи, т,е. уменьшать или увеличивать эту величину.

Заполнение каналов для течения охладителя пористыми материалами позволяет значительно увеличить эффективность ох- 10 лаждения.

Известно устройство для увеличения эффективности охлаждения путем заполнения каналов для охлаждения пористыми материалами, содержащее корпус в виде 15 кольцевого канала для газового потока, заполненный пористым материалом, Однако в известном устройстве не предусматривается возможность изменения величины коэффициента теплоотдачи с по- 20 мощью каких-либо параметров пористой структуры, представляющих собой среднестатистические геометрические характеристики такой структуры, позволяющие дать интегральную оценку пористой структуры в 25 целом. В качестве таких параметров при прочих равных условиях могут быть использованы величины дисперсий диметров пор и диаметров час иц, определяемые как

30 данными величинами дисперсий диаметров пор и частиц, определяемыми по зависимости саар ст р а 1 т0,625

d ср.пор б ср.ч 425 где К = a/ao — коэффициент интенсификации, показывающий, во сколько раз изменится интенсивность теплообмена при соответствующем изменении структурного

1 о то, параметра а-, не завиd cp.noa d ср» сящего от режимных параметров; ао — коэффициент теплоотдачи для ППМ с

РаВНОМЕРНОй СтРУКтУРОй, Dnop = Оч = 0;

a — коэффициент теплоотдачи для ППМ выбранного образца; бср.nop — СрЕдНЕСтатИСтИЧЕСКИй дИаМЕтр пор;

Dcp.s — среднестатистический диаметр частиц;

Dnop дисперсия диаметров пор;

Dч — дисперсия диаметров частиц. Причем 0ч= 2 — 60пор.

Все остальные характеристики вкладыша ППМ оставляют такими же, как у вкладыша с равномерной структурой.

Коэффициент теплоотдачи ао для пористого материала с равномерной структурой определяется из соотношения

Nu-0,027П R8, 1,6 (4) ,г где Nu = „, " — число Нуссельта, U бп

Re =, — критерий Рейнольдса;

П вЂ” пористость

А — коэффициент теплоп роводности охладителя;

dn — диаметр пор;

u — скорость фильтрации охладителя; v — коэффициент кинематической вязкости охладителя, На фиг.1 представлена схема теплообменного устройства с изменяемой интенсивностью теплообмена; на фиг.2 и 3— зависимости Nu от Re для частиц и пор соответственно, Устройство содержит корпус 1 с каналом 2 для газового потока и пористый вкладыш 3 из ППМ, установленный в канале 2.

Материал вкладыша выбран с заданными величинами дисперсий диаметров пор и частиц по зависимости (3). Величина дисперсий диаметров пор и частиц материала вкладыша обеспечивается технологией изготовления пористого материала.

1735704

К1 =1+425 Cr> 1,6, (5) р где а!— структурСР Р d срм.! ный параметр базового образца, который определяют из статической обработки микрофотографией этого образца, Из соотношения (4) определяют коэффициент теплоотдачи ао (ППМ с равномерПроцесс теплообмена в данном устройстве происходит следующим образом.

При прохождении газового- потока че-. рез пористый вкладыш происходит охлаждение стенок канала, при этом интенсивность охлаждения в таком устройстве значительно выше, чем интенсивность охлаждения в канале без пористого вкладыша, и определяется заданной величиной коэффициента теплоотдачи.

Для получения заданной величины коэффициента теплоотдачи в пористом материале предлагаемого устройства используется -установленное экспериментальным путем влияние дисперсий диаметров пор и частиц и числа Рейнольдса на теплоотдачу в пористых материалах (фиг.2 и

3). Как видно на графиках с увеличением значения дисперсии диаметров пор и частиц, что означает увеличение степени неравномерности пористой структуры, возрастает величина коэффициента теплоотдачи, т.е. возрастает интенсивность теплообмена в ППМ. А так как величины дисперсий диаметров пор и частиц однозначно определяют структуру пористого порошкового материала, используемого в теплообменном устрсйстве, то это позволяет изготовить порлсть.й порошковый материал такой стру .туры, которая обеспечит заданную величину коэффициента интенсификации и тем самь!м заданную величину тепловой эффективности теплообменного устройства в пористыми элементами, Таким образом, интенсивность теплообмена в

ППМ можно увеличить при прочих равных условиях путем увеличения степени неравномерности пористой структуры, т,е. в теплообменном устройстве используется такой пористый порошковый материал, величины дисперсий диаметров пор и частиц которого соответствуют заданной величине коэффициента интенсификации, Если используемый пористый вкладыш (базовый образец) не обеспечивает необходимую интенсивность теплообмена рассчитывается коэффициент интенсификации этого вкладыша по сравнению с вкладышем с равномерной структурой:

15 ной структурой) и а1 = К1 ао (ППМ базового образца). После корректировки коэффициента теплоотдачи а1 с целью обеспечения необходимой интенсивности теплообмена рассчитывают коэффициент интенсификации сменного вкладыша

Кг = — K>, где — аг коэффициент тепаг а1 лоотдачи сменного вкладыша (скорректированное значение коэффициента теплоотдачи базового вкладыша а1 ).

По полученной величине коэффициента интенсификации на основании зависимости (3) рассчитывают структурный параметр сменного вкладыша D D,d ! Р.пop2 d сря.2

Дисперсии диаметров пор 0порг и частиц Очг сменного вкладыша определяют исходя из полученного значения параметра аг с использованием соотношения

0ч-г-6 опор. Все остальные характеристики

cM6HHoI вкладыша оставляют TBKNMI4 же, как у базового вкладыша, Полученные величины дисперсий диаметров пор и частиц в используемом в теплообменном устройстве пористом порошковом материале обеспечивают технологией его изготовления. Зависимость (3) была получена экспериментально при изменении числа Рейнольдса в пределах

10 — 150 и величины пористости в пределах

0,16 — 0,35, бср.пор = 40 — 320 мкм, асср,ч = 100 — 650 мкм, Drop= 7 — 130 мкм, D = 20 — 200 мкм.

Таким образом, предлагаемое теплообменное устройство:в отличие от известных устройств позволяет получать заданный ко40 эффициент интенсификации пористого материала путем изменения величины дисперсии диаметров пор и частиц этого материала при прочих равных условиях, что упрощает технологию изготовления пори45 стого материала, позволяет экономить исходный материал, используемый при изготовлении пористого материала, а также обеспечивает постоянство величины коэффициента теплоотдачи во всем массиве по50, ристого материала и стабильность теплообменного устройства в целом. Устройство целесообразно также применять в теплообменных устройствах с шаровыми засыпками.

Формула изобретения

Устройство теплообменное, представляющее собой канал для потока теплоносителя, в котором установлен вкладыш из пористого порошкового материала, о т л и1735704 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью получения заданной интенсификации процесса теплообмена, структурный параметр материала пористого вкладыша (т — выбирают в соответствии с наперед заданным уровнем интенсификации процесса теплообмена по сравнению с вкладышем равномерной структурой (Dnop = Оч = О) согласно соотношению Du (К вЂ” 1 ОА25

d cp.nop d cp ч 425 где К вЂ” коэффициент интенсификации, показывающий во сколько раз изменится интенсивность теплообмена при соответствующем изменении структурного параметра

О, не зависящего от режимных параметров;

5 dcp,пор — среднестатистический диаметр пор; бор.ч — диаметр среднестатистических частиц;

Опор — дисперсия диаметров пор;

10 Оч — дисперсия диаметров частиц; причем Оч = 2- 6 Опор, а все остальные параметры такие же, как у вкладыша с равномерной структурой.

1735704

100

40

Составитель Н. Алексеева

Редактор О. Юрковецкая Техред М.Моргентал Корректор М. Максимишинец

Заказ 1809 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101,й 50 Pg