Теплообменный канал

 

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: одна из стенок 2 канала выполнена гофрированной. Другая стенка 3 снабжена элементами 4 шероховатости. Канал 1 имеет чередующиеся диффузорные и конфузорные участки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. Ё

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (S1)S Е 28

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4694317/06 (22) 24.05,89 (46) 07,07.92. Бюл. М 25 (75) Т.А,Чучулашвили, M.В.Грдзелишвили, З.Ш.Дабрундашвили, Д,К.Элиашвили и

Д.А. Гудадзе (53) 621.565.94(088.8) (56) !.Ïàòåíò США

ЬЬ 4420039; кл. F 28 F 3/02, опублик. 1983.

2.Карликов В.А., Архипов Ю.А. Исследование каналов пластинчатого теплообмен ника с поверхностями типа диффузор-конфузор. — .

Теплоэнергетика, М 5,.1982, с.56-59.

3.Медес П. Суза, Сперроу Е,M, Турбулентный теплообмен и его интенсификация, потери давления и картины течения жидкости в трубах с перибдическим сужением и расширением проходного сечения. Труды Американского общества инженеров — механиков, Серия С, Теплопередача, !Ф 1, т,106, 1984, с.57 — 67. (54) ТЕПЛООБМЕННЫЙ КАНАЛ (57) Использование: в теплотехнике. Сущвость изобретения: одна из стенок 2 канала выполнена гофрированной, Другая стенка 3 снабжена элементами 4 шероховатости. Канал 1 имеет чередующиеся дйффузорные и конфузорные участки. 1 э.п. ф-лы; 2 ил.

1746198

Изобретение относится к теплообмен- ла, содержащего стенки с чередующимися ным каналам с чередующимися диффузор- диффузорными и конфузорными участками, ными и конфузорны фузорными участками, В образующими гофры, является недостаточтеплообменных устройствах такие каналы с но высокая интенсивность теплоотдачи. периодически расши я расширяющимся сечением 5 Целью изобретения является увеличео разуются, н б ются например, заключенной в гоф- ние интенсивности теплоотдачи. рированном кожу ом кожухе плоской или цилиндри- Поставленная цель достигается тем, что ческой теплоо мен плообменной поверхностью и в известном теплообменном канале, содерпредназначены для движения теплоносите- жащем стенки с чередующимися диффузор10 ными и конфузорными участками, Известен теплообменный канал типа образующими гофры, гофрированной выфф — онфуэор", содержащий не ме- полнена одна стенка канала, а другая снабдиффуэор-конфу нее двух теплообменных элементов в виде жена элементами шероховатости. вставок теплообменника, представляющих Кроме того. длина y÷àcòêîâ стенки, собой пластины с волнистостями, стенки ко- 15 снабженных элементами шероховатости, торыхобразуютканал(ы)дляпроходатепло- составляет половину расстояния между носителя. По длине стенок разнесены соседними расширениямиисужениямикавыступы и выемки, сгруппированные парами нала, . и чередующиеся ющиеся с плоскими участками, Вы- Выполнение одной стенки канала типа емки одной стенки расположены напротив 20 "диффузор — конфуэор" гофрированной и выемок соседней стенки, Аналогично ðàñïî- снабжение другой стенки в местах расширеложены и выступы. Благодаря выступам и вы- ния канала элементами шероховатости так, емкам поток теплоносителя претерпевает чтобы длина участков стенки, снабженных периодическое дросселирование,чтоинтен- . элементами шероховатости, составляла посифицирует теплообмен (1, 2). 25 ловину расстояния между соседними расшиТакими теплообменными каналами не рениями и сужениями канала, обеспечивает обеспечивается достаточно интенсивный . локальное повышение интенсивности, теплотеплообмен в местах расширения каналов, отдачи в местах расширения, что повышает что главным образом обусловлено снижени- среднюю интенсивность теплоотдачи в целом ем скорости движения теплоносителя в этих 30 по всему каналу. местах. Как показали экспериментальные иссНаиболее близким к изобретению по ледования, оптимальная длина участков технической сущности и достигаемому ре- стенки, снабженных элементами шероховазультвту является теплообменный канал, тости, составляет половину расстояния содержащий стенки с чередующимися диф- 35 между соседними расширениями и суженифузорными и конфузорными участками, об- "ями канала. разующим азующими гофры. Данное техническое При такой геометрии достигается наирешение представляет собой теплообмен- более оптимальное соотношение прироста ную трубу с периодическим расширением и теплоотдачи и гидравлического сопротивлесужением проходного сечения (31, 40 ния.

Интенсивность конвективного теплооб- Изобретение поясняется фиг.1 и 2, мена в таком канале как внутри потока теп- На фиг.1 схематично изображен теплолоносителя, так и между теплоносителем и обменный канал 1 типа "диффузор — конфуодной из стенок канала (теплоотдача) в ос- зор" между гофрированной стенкой 2 и новном зависит от степени возмущений, 45 стенкой 3, снабженной элементами 4 шереховозникающих в потоке теплоносителя из-за ватости в местах 5 расширения канала1. Как периодического расширения и сужения . видно из фиг.1., длина Гучастков стенки 3, проходного сечения канала. В соответствии снабженных элементами 4 шероховатости, с геометрией диффузор-конфузорного кана- составляет половину расстояния 21 между ла,движениетеплоносителяхарактеризует- 50 соседними расширениями 5 и сужениями ся периодическим замедлением и канала 1. ускорением, что приводит к неравномерной На фиг.2 показаны различные формы интенсивности теплоотдачи вдоль потока элементов 4 шероховатости, расположентеплоносителя. В частности, в расширен- ных на стенке 3. ных зонах канала средняя скорость тепло- 55 Лабораторными исследованиями, проносителя и, соответственно, интенсивность веденными рядом авторов (см. например теплоотдачи сравнительно меньше, чем в Михеев M.À„Mèõååâà И.M. Основы теплопередачи. M. Энергия, 1977, с.294), оптиИз вышеизложенного следует, что ос- мальный относительный (безразмерный) новным недостатком теплообменного кана- шаг между элементами 4 шероховатости

S = (12 — 14)h, где S — шаг между. элементами 4;

h — высота элементов 4.

Согласно литературным данным (Кали- 5 нин Э.К., Ярхо С.А, Влияние чисел Рейнольдса и Прандтля на эффективность интенсификации теплообмена в трубе.

ИРЖ, т.11,.М 4, с.426 — 431) оптимальной является высота h элементов 4 шероховата- 1О сти, равная толщине пристенного слоя . теплоносителя в гладкой трубе, в которой при данном значении чисел Рейнольдса Re и Прандтля Pr сосредотачивается 99% общего температурного напора, При этом 15 формула для расчета оптимальной относительной высоты имеет вид

/ э= 0875 05

Re Pr где d — эквивалентный диаметр канала 1.

Следует отметить, что форма элементов

4 шероховатости при фиксированном $/h и

h/d> не влияет на теплоотдачу (Павловский

В.Г, К вопросу о влиянии конфигурации турбулизаторов на тепловую эффективность поверхности стенки канала, ИФЖ, 1969, т ХИ! (42), М 1, с.155 — 159), Наилучшая геометрия шероховатой внутренней поверхно- 3О сти стенки 3 с точки зрения гидравлического сопротивления, т,е. наилучшая форма элементов 4 шероховатости, которая при.других равных условиях создает наименьшее гидравлическое сопротивление, — полукруглая (см. вариант Ш на фиг.2) (Lewis М.Т, Optimislng the Thermohydravlic Performans

of Rough Surface Int. F.Heat an Mass, Transfer, 1975, vol.1Р, р.1243 — 1248), Теплообменный канал 1 типа "диффу- 40 зор — конфузор" работает следующим образом.

Поток теплоносителя, движущегося через канал 1 переменного поперечного сече45 ния, испытывает воздействие переменного статического давления, служащего источником возмущений в потоке, что приводит к увеличению теплоотдачи в целом. При этом элементы 4 шероховатости, размещенные в местах 5 расширения канала 1, дополнительно турбулизируют пристенный слой теплоносителя, что еще более увеличивает теплоотдачу в местах 5 расширения канала 1.

Предлагаемая конфигурация теплообменного канала 1 между гофрированной стенкой 2 и стейкой 3, снабженной элементами 4 шероховатости, расположенными в местах 5 расширения канала 1 так, что длина участков стенки 3, снабженных элементами

4 шероховатости, составляет половину расстояния между соседними расширениями 5 и сужениями канала 1, обеспечивает существенное увеличение теплоотдачи по длине канала вдоль направления потока теплоносителя при наиболее целесообразном соотношении прироста теплоотдачи и гидравлического сопротивления. Кроме того, относительное выравнивание теплоотдачи по длине канала 1 приводит к уменьшению локальных термических напряжений в местах 5 расширения канала 1, что особенно важно при высоких тепловых потоках.

Формула изобретения

1. Теплообменный канал, содержащий стенки с чередующимися диффузорными и конфузорными участками, образующими гофры, отличающийся тем, что, с целью увеличения интенсивности теплоотдачи, гофрированной выполнена одна стенка канала, а другая. снабжена элементами шероховатости.

2, Канал по п.1, о т л и ч а и шийся тем, что длина участков стенки, снабженных элементами шероховатости, составляет половину расстояния между соседними расширениями и сужениями канала, 1746198

Составитель С,Бугорская

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор M,éàðoøè

Редактор Л.Волкова

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

Заказ 2387 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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