Способ охлаждения поверхности путем струйного теплообмена и устройство для его осуществления

 

Использование: в области теплоэнергетики , для интенсификации теплообмена на горячих поверхностях, преимущественно при охлаждении промышленных печей. Сущность изобретения: способ струйного теплообмена на поверхности, преимущественно при охлаждении, заключается в подаче на теплообменную поверхность струями потока с последующим отвердением его. При этом создают автономные зоны подачи каждой струи теплообменного потока, а отраженные от теплообменной поверхности части этих струй удаляют со стороны их истечения в точках пересечения биссектрис углов равносторонних треугольников, вершинами которых являются точки пересечения продольных осей струй с поверхностью устья струй, длина L каждой из сторон треугольников L D, где D - диаметр раскрытия струи теплообменной поверхности, при этом струи теплообменного потока подают на теплообменную поверхность так, что их продольные оси расположены по нормали к этой поверхности. 2 с.п.ф., 5 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (я)з F 27 0 9/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) - " <(08WF

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

6 (21) 4899450/33 (22) 08.01,91 (46) 23.06.93. Бюл. N 23 (71) Одесский инженерно-строительный институт (72) В.Д. Петраш (73).Одесский инженерно-строительный институт (56) Л.М. Коваленко. А.Ф. Глушков. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи.М.: Энергоатомиздат, 1986, с.12 — 47.

Экономия топлива в промышленных печах при рекуперативном подогреве воздуха, Материалы конференции, Киев, Наукова думка. 1986, с.16-18. 38-44.

Авторское свидетельство СССР

1ч. 1394018, кл. F 27 D 9/00, 1987. (54) СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПЕЧИ ПУТЕМ СТРУЙНОГО ТЕПЛООБМЕНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: о области теплоэнергетики, для интенсификации теплообмена на

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а именно к интенсификации теплообмена на горячих поверхностях преимущественно при охлаждении промышленных печей.

Целью изобретения является пооыц)ение интенсивности и равномерности теплообмена.

Поставленная цельдостигается тем,что в способе струйного теплообмена на повер. хности, окл1очающем струйную подачу теплоносителя и отоедение потоков, . исключается перемещение потоков теплоносителя вдоль теплообменной поверхно4 горячих поверхностях, преимущественно при охлаждении промышленных печей.

Сущность изобретения: способ струйного теплообмена на поверхности, преимущественно при охлаждении, заключается в подаче на теплообменную поверхность струями потока с последующим отвердением его. При этом создают автономные эоны подачи каж дой струи теплообменного потока, а отраженные от теплообменной поверхности части этих струй удаляют со стороны их истечения в точках пересечения биссектрис углов равносторонних треугольников, вершинами которых являются точки пересечения продольных осей струй с поверхностью устья струй, длина L каждой из сторон треугольникоо L D, где D — диаметр раскрытия струи теплообменной поверхности, при этом стру 1 теплообменного потока подают на теплообменную поверхность так, что их продольные оси расположены по нормали к этой поверхности. 2 с.п,ф., 5 ил. сти за пределами зоны действия каждой струи. Это достигается путем создания автономных зон подачи каждой струи теплообменного потока, а отраженные от теплообменной поверхности части этих струй удаляют со стороны истечения струй в точках пересечения биссектрис углов равносторонних треугольников, вершинами которых являются точки пересечения продольных осей струй с поверхностью устья струй, а длина каждой из сторон этих треугольников L S D, где Π— диаметр раскрытия струи на теплообменной поверхности. При этом струи теплообме)н:ого потока

1823920 подают на поверхность так, что их продольные оси расположены по нормали к этой поверхности.

Сущность изобретения заключается в том, что именно при смыкании трех круговых зон воздействия смежных струй на теплообменной поверхности образуется наименьший участок неохвата. т.е, "теневой", в центре которого, по кратчайшему пути со стороны истечения струй удаляют

1/6 часть отраженных потоков каждой из трех примыкающих струй, Такое взаиморасположение образует не только наименьшие

"теневые" участки, но и предотвращает искажение зоны воздействия каждой струи на теплообменной поверхности, что способствует повышению интенсивности и равномерности теплообмена на поверхности. При этом неравномерность теплообмена возможна лишь в незначительных "теневых" участках, образованных смежными струями. Характерно, что во всех "теневых" участках между примыкающими круговыми зонами воздействия смежных струй возникает пониженное давление с уменьшением его по направлению удаления от теплообменной поверхности. При этом отраженные потоки теплоносителя возле поверхности образуют сносяще-восходящие потоки, тем самым поедотвращают условия образования устойчивого пограничного слоя. В пределах же зоны действия каждой струи на теплообменной поверхности происходит интен ивное вымывание с заменой одних потоков другими. Этому способствует и возникающий перепад давлений вне эоны действия струй на теплообменной поверхности в местах удаления отраженных потоков со стороны истечения струй.

В предложенном решении при нормальном воздействии и указанном взаиморасположении струй практически исключаются необдуваемые струями участки на поверхности, на которой исключается горизонтальное движение потоков, вдоль поверхности являющихся основной причиной образования пограничного слоя. Все это способствует резкому возрастанию интенсивности теплообмена и исключает его неравномерность. Таким образом, предложенный способ предотвращает условия образования традиционно рассматриваемого пограничного слоя возле поверхности, обеспечивает сплошное струйное воздействие на поверхность при одновременном рациональном удалении отраженных без перемешивания струйных потоков. что обеспечивает ему значительно большую интенсивность и равномерность теплообмена, чем в способе по прототипу.

Что касается возможного уменьшения указанной стороны треугольника, то при других неизменных тепловых и режимных условиях теплообмена происходит исчезновение "теневых" участков на теплообменной поверхности с одновременным возникновением участков совместного воздействия смежных струй. Это положительно вызывает возрастание теплообмена, однако сопряжено с дополнительными затратами для обеспечения большего количества струйных течений, приходящихся на единицу теплообменной поверхности, Целесообразность такого варианта интенсификации струйного теплообмена должна определяться в каждом конкретном случае на основе соотношения получаемого эффекта и сопутствующих при этом затрат.

Характерным достоинством способа является то, что он позволяет осуществлять требуемый теплообмен на локальных участках поверхности с дискретной теплонапря>K8HHocTblo путем соответствующего изменения удельного расхода теплоносителя, прежде всего за счет простого изменения размеров приточно-вытяжных отверстий в устройствах для охлаждения поверхностей теплоисточников с практически любой конфигурацией.

Поставленная цель также достигается тем, что устройство для струйного теплообмена на поверхности, состоящее из теплообменной поверхности, заключенной в кожух с каналами отвода потоков входными и выходными отверстиями, между которыми и поверхностью расположена перфорированная пластина, снабжено дополнительной перфорированной пластиной, установленной между основной перфорированной пластиной и теплообменной поверхностью, Ее перфорация выполнена так, что часть отверстий перфорации выполнена аналогичной отверстиям перфорации основной пластины и отверстия соединены с отверстиями основной пластины посредством цилиндрических вставок, Сами вставки расположены так, что центральная продольная ось перпендикулярна теплообменной поверхности, а остальные отверстия перфорации дополнительной пластины расположены в точках пересечения биссектрис равносторонних треугольников в плоскости пластины, образованных путем соединения точек пересечения продольных центральных осей смежных цилиндрических вставок с дополнительной перфорироьанной пластикой.

При этом дополнительная и основная перфорированная пластины расположены между собой так, что со стороны входного

1Е323920 отверстия они соединены ио линии пересечения. Особенностью взаиморасположения дополftèòåïbl<ой и ocíor)>10LI перфорированных пластин является то, что между ними обраэовывзется канал для удаления стра. же10)ых по1оков теплообменно>1 поверхности. Укаэг)иная взаимосвязь обеспечивает поступление охла>кдающе>.о теплоносителя для струйного воздействия )>з тег)лообменную поверхность через цили><дрические вставки между oclfoo)<0<1 Ll иер1>орированной пластинами, Такое устройство, вообще исключающее >)>10>ll>lþþ изоляцию, позволяет равномерно осуществля rb струйное охлаждение теплоисточников с различной теплонаиряженнос1ью его у I;

На фиг.1 предс)анлен поперечный разрез устройства, на фиг.2 — продольный с условным местными о< рыном дпя нзглядности, на фиг.3 — продольный рзэраз по сечени>о А-Л на фиг.1, )<з фиг.1- узел I )<з (1 иг,2 (дополнительная пластина с OTp;.) f.>IL ем потоков струйного I)oýäef)crви;) и их зоны теплообменной поверхности), нз фиг,5— разрез Б-Б с отражением Bi!)op>.l скоростей струйнь)х и отраженных потоков между теплообменной поверхностью и дополнительной пластиной, Устройстно состоит иэ 1еп)006f.)0>II<011

1)оверхltocTи печи 1 11 Ко. êóõB 2, между которыми от н> одиoro отверстия 3 до выходного

4 pacf)c: с::.",,(а перфопиро))ан><ая пластина

5. Между —:; )хиос.),>0 печи 1 L) Г)ерфприровзнной пл cTI I!>)L» усTBI)oåëf.t:. > BB>ft

Част:, перфораций 0 f10)fof)l)31)»)f)<,ной пластин .. 6 выполне>)а з><зло<и <3<0 (1(.:Е), )рзц))и

0 cf) .вной пластины 5, IlpOI)>1ун)()с)евино к;,:. пой, так, что эти отвер.-.тия соединены с отверстиям)1 oc)tof)(IOA I)f)B»cTL)i(t) иог:редстf3oh1 цилиндрических вставок 7. Е3(нгЕ)аль) I B )) r1 p o д о л ь н а я 0 c I. )3 с f: 3 н K 11 7 перпендикулярна Tor)f;006h)off>f0é поверхности, а остал>,н)ле перфорлц);)) до(ол>н)тельной плаclины 6 располo.кс)<ы в то ,>.»I»L)x треугольíf)Ko>3 н f)floe«ocTL! и i >,Ii 6, образованных путем соеди<10(< 1.1 -> ч-.); (30;)есечеlf))ë пpодольных Îсей с.мс(,Kнь х цилиндрических вста<)о); 7 с дoficлнительной перфг)рирос<анной пластиной 6. Причел) доиолнигелы<ая иерфof)L)pot)B)<1<;)!) плзс ина G соед<1)<ена со стороны >, злеt- 0«там>1 позволяет 06pаэовз)ь >3>fсинi

Работа усгройс) f)B эакл>очается в следующем, реализуя ззлв(>енньи)споcîG

5 0

После входного отверстия 3 теппоноситель поступает в канал между ко>кухом 2 и перфорированной пластиной 5. Г1осле равномерного распределения охлаждающего теплоносителя между всеми цилиндрическими вставками 7, проходя через которые в ниде струй, он нормально воздействует на теилообменну)о поверхность печи 1, Отраженные потоки каждой струи без продольного перемещения вдоль теплообменной поверхности печи ) кратчайшим путем удаля)0)ся через те иер е>орации 9 в пластине 6, когорые соединены с каналом, образованным основной 5 и дополнительной пластинами. Д))игаясь ио этому расширяющемуся ка)(алу f. Ilа,)рас;,енl)<1 >31)ходнсго отверстия

5 Te(o)OI

Е)анно>)ер>;Ого о-борз 10 по длине печи.

Е30 н)(ешн)см ка, зле ($ иг.3) воздух иоиу)но ох))а>яда(эт .. ),«ух 2, з эз(-:м после с)руL)liofo воэдей )вия нз поверхность удаляспся ио каналу между <)лас;ина(.;и 5 и 6.

Дии»)л<и> .з иоГОкон с1 p)(LI)toro воздействия посла прохождения цили)<дри IQcKL1x встаH0l 7 f3 плане Iи<ой г оверхности иод илзсгиной L) отра.кено )IB фиг.4. В ш<де «ругов отрзжень> примыкающие эоны струйноги ноэдсйс-(нип ))а,; илообменную

ri0Bе Е)хи ость. Пр<1 в ь) шеукаэа) <) <ом нэаимораспо;10:(;ен>)и. и .1/)11)(дрических вставок вы тяжные отгерст>)я 9 в ил;)стине 6 могуг быть различной форн)>, даже треуголы)ой со стор 0 I I а >-,11 >3 е i! д с ) э ". T 11 I I t )K д > Г, О K > . «» (l О 3) ) !1Х

3 ((а ф,,> 1

)::ip;;> (0p)(ñL) особеиностl.(0 Е)езл< эации ирод(ioж, )(ного спосс ба в ус)ройс)ве струйного ier): «сб>..снз явп.:.0)ся относительно упор )до < lil)B>i динамика 13010«00 r)0 нормал<» к 00(31;Е)хнис1)).

I >;06pBc!f« f. на <ер)еже э )юры скорост(.й стЕ уйных и oTpB:кенных исго",ов указа><»Ю Г 3<3 ВОЗМОЖНОСТЬ ИI

rip> fL io>«енного способа тс»лообл)ена за с:ет "Ои!, I))oil>)ÿ скорости истечения теплоноси ел><, снижени;) pBccroi) t3 от пласти) д(.-. г;огерхности тел)перзтурного

IiBficI)B ii ((рз->L)f».I<.„h» DI.IGoI)oh) f)fлощадей

Г) Е) 1 i(i i i) L) вы) Яч <>!х OTI)0)(cтlii) 13 Г1(1ас1и

> е 6 Уд;(я«мы>1 подо(;)етьй воздух до нес!: .,"L)h10é )еh) )OðBTóp л в эавиc";f)OCT)) от уд л,)<ог;> расхода иоступзОT к вентилятору

11 д1)):c)f)мунзлы<о бытовых л))бо технологи <сскl),1 > ужд соотвагству)ощих теилопотp06:)êI3>:ifèõ систем. Уарзктерно») особеи>(,)стью воздействия;<а теплообменну.о пов .<)хност< иредложенным устройстьом ) <3; ë(«f с;3 размещен )О вант>)лятора !

iOB> О ВХОД») <ОГÎ .) ЛИ >O ВЬ)ХО,»><ОГО ОТВЕРСТИЯ.

ПГ ..ЦГ>эгаал)ый способ струйного теплооб,)г. <В pе, п.)э)уотс<) в теилообмен "ом уст1823920

45 ройстве, изображенно л на чертеже фиг.1,2,3,4 следующим образом.

Струйную подачу теплоносителя осуществляют по равносторонней треугольной схеме сетки размещения осей истекающих струй, при нормальном их набегании на теплообменную поверхность. Удаление отраженных потоков от теплообменной поверхности осуществляют со стороны истечения струй в центре каждого треугольника, При этом образуется струйное смывание теплообменной поверхности без взаимоперемешивания и перемещения отраженных потоков смежных струй вдоль теплообменной поверхности с последующим кратчайшим путем удаления их из процесса теплообмена.

При этом повышение теплообмена достигается как за счет большей интенсивности струйного омывания поверхности в каждой зоне без взаимовлияния смежных струй, так и эа счет образования минимальных размеров участков "теневых зон".

Технико-экономическая эффективность способа и устройства заключается в том, что в осуществлении той же величины теплообмена на поверхности по предлагаемому способу и устройству требуется на 32-44 удельного расхода теплоносителя меньше, че л по прототипу.

Это приводит к уменьшению латериалоемкости теплообменных устройств, выполненных на основе предложенного способа. Кроме того, обеспечение равномерности теплообмена на поверхности поэволяег выполнять устройство единым, а не из нескольких блоков с соответствующей их обвязкой.

Формула изобретения

1.Способ охлаждения поверхности путем струйного теплообмена, включающий подачу на теплообменную поверхность вращающейся печи потока теплоносителя струями, отличающийся TOM, что, с целью повышения интенсивности и равномерности теплообмена, создают автономные зоны подачи каждой струи теплообменного потока, а отраженные от теплообменной поверхности части этих струй удаляют в точках пересечения биссектрис углов равносторонних треугольников. вершинами которых являются точки пересечения продольных осей струй с поверхностью устья струй, а длина каждой из сторон этих треугольников

L 5 D, где 0 — диаметр раскрытия струи на теплообменной поверхности, при этом струи теплообменного потока подают на теплообменную поверхность так, что их продольные оси расположены по нормали к этой поверхности.

2,Устройство для охлаждения поверхности печи путем струйного теплообмена. содержащее охватывающий вращающуюся печь кожух с входным и выходным отверстиями и расположенную между печью и кожухом с зазором перфорированную пластину, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения интенсивности и равномерности теплообмена, оно снабжено дополнительной перфорированной пластиной, установленной концентрично печи между ней и основной перфорированной пластиной, при этом часть отверстий дополнительной перфорированной пластины выполнена аналогично отверстиям основной пластины, укаэанные отверстия пластины соединены между собой посредством цилиндрических вставок, продольная ось которых перпендикулярна теплообменной поверхности печи, а остальные отверстия дополнительной пластины выполнены о точках пересечения биссектрис равносторонних треугольников в плоскости пластины, образованных соединением точек пересечения продольных осей смежных цилиндрических вставок с дополнительной перфорированной пластиной, причем основная и дополнительная перфорированные пластины соединены между собой со стороны входного отверстия.

77

tí

Фиг.2

1823920

Фиг. 5

Редактор

Заказ 2195 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

5 б

8

3

1

Составитель С. Прямкова

Техред М. Моргентал Корректор С. Лисина

5

7 б