Поверхность теплообмена

 

Использование: теплообменные устройства . Сущность изобретения: поверхность теплообмена 1 содержит элементы шероховатости в виде параллельных выступов 2, расположенных друг относительно друга на расстоянии, равном 10 их высоты. 1 ил.

СОЮЗ C1ÐÅÒÑÊÈÕ

СОЦИАЛИСТИНЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<яу F 28 F 1/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784669/06 (22) 23.01.90 (46) 23.11.92. Бюл. М 43 (75) Т. А, Чучулашвили. 3. Ш. Дабрундашвили, К; М. Николаишвили, Д. К. Элиашвили и

В. Г. Кумсишвили (56) Чучулашвили Т. А, Исследование интенсификации конвективной теплоотдачи к газовым теплоносителям методом двухмерной искусственной шероховатости, Сообщения АН ГССР, т, 90, hh 2, 1978, с. 441-446.

Авторское свидетельство СССР

М 1606848, кл. F 28 F 1/24, 1987, Изобретение относится к теплообменным устройствам, s частности к поверхностям теплообмена, образующим плоские или трубчатые каналы с прямоугольным, круглым, кольцевым или иным поперечным сечением.

Известна поверхность теплообмена, снабженная элементами шероховатости, выполненными в виде выступов, расположенных поперек потока теплоносителя, движущегося вдоль поверхности теплообмена и интенсифицирующих теплообмен между потоком и шероховатой поверхностью, которая является составной частью канала, через который движется теплоноситель. Максимальная интенсивность теплообмена

$/й = 12-14, где S — расстояние между соседними элементами шероховатости, h — высота элементов шероховатости.

Следует отметить, что при этом оптимальная относительная высота элементов шероховатости, т.е. предельная высота, дальнейшее увеличение которой не интенсифицирует теплообмен и ведет лишь к уве„„Я2 „„1776968 А1 (54) ПОВЕРХНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА (57) Использование: теплообменные устройства. Сущность изобретения; поверхность теплообмена 1 содержит элементы шероховатости в виде параллельных выступов 2, расположенных друг относительно друга на расстоянии, равном 10 их высоты, 1 ил. личению гидравлического сопротивления, равняется десятикратной толщине ламинарного подслоя потока теплоносителя на гладкой поверхности теплообмена при том же значении критерию Рейнольдса потока.

Различают шероховатость двух основных типов — так называемого открытого и закрытого. Шероховатость открытого типа вызывает срыв пристенного слоя теплоносителя с элементов шероховатости, его диффундирование в направлении поверхности теплообмена, а затем присоединение к основному потоку теплоносителя.

Шероховатость закрытого типа приводит к циркуляции пристенного слоя теплоносителя в промежутках между элементами шероховатости без срыва пристенного слоя теплоносителя и его присоединения к основному потоку теплоносителя.

Шероховатость открытого типа образуется при S/h > 5, а закрытого — при S/h < 5.

Наиболее. близкой к предполагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является поверхность теплообмена. содержащая элементы шероховатости в виде параллельных высту1776968 теля. Снабжение шероховатой поверхности, обеспечивающей максимальный теплообмен, т.е. поверхности теплообмена с шероховатостью открытого типа и оптимальным безразмерным параметром S/h =

=12-14, дополнительными элементами шероховатости в виде выступов, размещенных в зонах с минимальной интенсивностью теплообмена, изменяет оптимальный параметр S/h = 12-14 и, тем самым, привело бы к резкому снижению средней интенсивности теплообмена. На основании экспериментальных исследований установлено, что выполнение поверхности теплообмена с канавками интенсифицирует теплообмен за счет образования смерчеобразного вихря, восходящего от углублений (канавок). При этом как степень интенсификации теплообмена, так и оптимальное соотношение глубины канавок к расстоянию между ними, т,е. безразмерный параметр Я/д, где д — глубина канавок, являются величинами того же порядка, что и для поверхности теплообмена с элементами шероховатости, выполненными в виде выступов. Канавки такой геометрии на 50 увеличивают теплообмен по сравнению с гладкой поверхностью без канавок. Недостатком поверхности теплообмена, содержащей элементы шероховатости в виде параллельных выступов, расположенных друг относительно друга на расстоянии, равном 12-14 их высоты, между

Которыми размещены дополнительные турбулизаторы, является недостаточно высокая интенсивность теплообмена.

Цель изобретения — интенсификация теплообмена.

Поставленная цель достигается тем, что известная поверхность теплообмена, содержащая элементы шероховатости в виде параллельных выступов, расположенных друг относительно друга на расстоянии, равном 12-14 их высоты, между которыми размещены дополнительные турбулизато20

55 пов, расположенных друг относительно друга на расстоянии, равном 12-14 их высоты, между которыми размещены дополнительные турбулизаторы, Однако, как показали экспериментальные исследования, геометрия открытой шероховатости, обеспечивающая максимальную интенсификацию теплообмена (S/h = 12-14), характеризуется неравномерностью степени интенсификации теплообмена между элементами шеро- 10 ховатости, а именно, минимальная интенсивность теплообмена наблюдается в зонах, расположенных от элементов шероховатости приблизительно на расстоянии

10 h, отмеренном от каждого элемента по направлению движения потока теплоносиры, — дополнительные турбулизаторы выполнены в виде канавок, расположенных параллельно выступам на расстоянии, равном 10 высоты выступа. Выполнение турбулизаторов в виде канавок, расположенных параллельно выступам на расстоянии, равном 10 высоты выступа, обеспечивает интенсификацию теплообмена за счет совместного воздействия на теплообмен двух эффектов — производимого элементами шероховатости в виде параллельных выступов и канавок. Канавки, выполненные в зонах с минимальной интенсивностью теплообмена, обеспечивают рост интенсивности локального теплообмена в этих зонах и, тем самым, — повышение теплообмена в целом по всей поверхности за счет увеличения среднего значения коэффициента теплоотдачи. Выполнение канавок между выступами примерно на 20Я, увеличивает поверхность теплообмена и, соответственно, — количество тепла, передаваемого от поверхности теплообмена к теплоносителю, или наоборот. То же самое достигается и за счет уменьшения средней толщины стенки с канавками в сравнении со стенкой без канавок. Канавки уменьшают среднюю толщину стенки и, соответственно, снижают ее термическое сопротивление, обуславливая повышение температуры поверхности теплоотдачи и тем самым, соответственно увеличивают количество тепла, передаваемого через стенку.

На чертеже изображена предлагаемая поверхность 1 теплообмена, продольный разрез, Поверхность 1 теплообмена содержит поперечные (относительно потока теплоносителя) элементы шероховатости в виде параллельных выступов 2 и канавки 3, расположенные параллельно выступам 2, Выступы 2 расположены друг от друга на относительном расстоянии — S/h = 12-14, где $- шаг между выступами 2, à h — высота выступов 2, Канавки 3 расположены в одноименных точках поверхности 1 теплообмена так, что для них, так же как и для выступов

2, безразмерный параметр — S/д = 12-14, где д — глубина канавок. Расстояние между каждым из выступов 2 и соседней канавкой

3, отмеренное по направлению движения потока теплоносителя, омывающего поверхность 1, — t =10h.

Предложенная поверхность 1 теплообмена работает следующим образом.

При омывании поверхности 1 теплообмена потоком теплоносителя происходит срыв пристенного слоя теплоносителя с выступов 2 и его диффундирование в направ177696S

3апраЬение ломона теалонасимеля

Составитель Т. Чучулашвили

Редактор N. Wat oBa Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н, Милюкова

Заказ 4114 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 лении поверхности 1 теплообмена. Происходящее таким образом разрушение пристенного слоя теплоносителя, так называемого ламинарного или вязкого подслоя, уменьшает термическое сопротивление, оказываемое этим слоем теплообмену между поверхностью 1 и теплоносителем, которое, как известно, является основным термическим сопротивлением во всем потоке и, следовательно, интенсифицирует теплообмен между поверхностью 1 и потоком теплоносителя. При этом степень интенсификации теплообмена в зонах между выступом 2 не одинакова. В частности, минимальная интенсивность теплообмена имеет место на расстоянии = 10h от каждого выступа 2, где! — расстояние, отмеренное от каждого выступа 2 по направлению движения потока теплоносителя, а h — высота выступов 2. В канавках 3, размещенных в указанных местах, образуется смерчеобразный вихрь, направленный вверх по нормали поверхности 1 в потоке теплоносителя, что приводит к интенсивному перемешиванию потока и, тем самым, увеличению теплообмена между поверхностью 1 и потоком теплоносителя. Применение предлагаемой поверхности теплообменных аппаратах обеспечивает сокращение требуемой поверхности теплообмена при заданной теплопроизводительности и энергии, затрачиваемой на прокачку теплоносителя и, соответственно, уменьшению габаритов и металлоемкости теплообменного оборудования. С другой стороны, при неизменной поверхности теплообмена и энергии, затраченной на прокачку теплоносителя, увеличивается теплопроизводительность аппарата. Наконец, при неизменной поверхности теплообмена и теплопроизводитель5 ности аппарата снижается энергия на прокачку теплоносителя. Следует отметить и то, что применение предлагаемой поверхности теплообмена в теплообменниках помимо улучшения теплогидродина10 мических характеристик теплообменников обеспечивает улучшение эксплуатационных условий эа счетуменьшения интенсивности образования отложений на поверхности теплообмена вследствие возросшей турбу15 лизации пристенного слоя потока теплоносителя.

При этом технология выполнения канавок намного проще и надежнее, чем дополнительных выступов, высота которых

20 примерно в 10 раз меньше высоты основных выступов и поэтому образование даже тонкого слоя отложений неминуемо приводит к полной потери их турбулизирующего эффекта.

25 Формула изобретения

Поверхность теплообмена, содержащая элементы шероховатости в виде параллельных выступов, расположенных друг относительно друга на расстоянии, равном 12-.14

30 их высоты, между которыми размещены дополнительные турбулизаторы, о т л и ч а ю. щ а я с я тем, что, с целью интенсификации теплообмена. дополнительные турбулизаторы выполнены в виде канавок, распо35 ложенных параллельно выступами на расстоянии, равном 10 высоты выступа.