Поверхность теплообмена

 

Использование: в конструкциях различных теплообменных аппаратов. Сущность изобретения: волнистая поверхность теплообмена выполнена в виде чередования выступов и впадин. Они имеют одинаковые размеры по отношению к осевой линии. Смежные поверхности образуют диффузорно-конфузорные каналы. Выступы выполнены с острой кромкой и имеют высоту h = (1,5..2) δ, где d - толщина пограничного слоя. Расстояние между соседними выступами равно s = (12..15) h. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкциям теплообменных аппаратов, и может быть использовано в различных теплотехнических устройствах.

Известны многочисленные поверхности теплообмена с турбулизаторами, позволяющие интенсифицировать процесс теплообмена за счет создания в потоке теплоносителя вихревых структур [1].

Основным недостатком этих поверхностей является опережающий рост гидравлического сопротивления по сравнению с ростом теплоотдачи, что снижает эффективность этих поверхностей.

Известна также поверхность теплообмена, представляющая собой волнистую поверхность в виде последовательного чередования выступов и впадин, имеющих одинаковые размеры по отношению к осевой линии, а соседние поверхности образуют диффузорно-конфузорные каналы [2].

Недостатком такой поверхности является ее низкая эффективность вследствие диссипации вихревых структур, образующихся за выступами, в ядро потока, что приводит к турбулизации всего потока и опережающему росту гидравлического сопротивления по сравнению с ростом теплоотдачи.

Цель изобретения - увеличение коэффициента теплоотдачи без существенного роста гидравлического сопротивления.

Цель достигается тем, что в поверхности теплообмена, представляющей собой волнистую поверхность в виде последовательного чередования выступов и впадин, имеющих одинаковые размеры по отношению к осевой линии, а соседние поверхности образуют диффузорно-конфузорные каналы, высота выступов имеющих острую кромку, равна h = (1,5...2)δ , м, где δ - толщина пограничного слоя, м, а расстояние между соседними выступами равно S = (12...15)h, м. Вышеперечисленные отличительные признаки являются новыми по сравнению с прототипом, поэтому заявляемое решение соответствует критерию "новизна".

Как показали исследования, использование в теплообменных аппаратах теплоотдающих поверхностей с турбулизаторами в виде каналов типа "диффузор - конфузор", разрушающими только пристенный пограничный слой, позволяет существенно увеличить эффективность теплообменников и снизить их массу.

При h > 2δ при S = const = (12...15)h происходит разрушение не только пристенного пограничного слоя, но и ядра потока, что приводит к резкому росту гидравлического сопротивления. При h < 1,5δ генерация вихревых структур за выступом диффузорной части канала происходит незначительная и существенного роста теплоотдачи не наблюдается. При увеличении или уменьшении шага между выступами S (12...15)h происходит резкое увеличение гидравлического сопротивления поверхности теплообмена. На основании вышеизложенного можно считать, что изобретение соответствует критерию "Положительный эффект".

Выполнение теплоотдающих поверхностей теплообменных аппаратов с предлагаемыми относительными параметрами позволяет увеличить коэффициент теплоотдачи поверхности, повысить эффективность теплообменников, снизить габариты и массу теплообменников, сократить расход цветных металлов.

Предлагаемая конструкция поверхности теплообмена поясняется чертежом.

Поверхность теплообмена работает следующим образом. При набегании газового потока теплоносителя (например, воздуха) на вершины турбулизаторов (точки В, D), представляющих собой последовательное чередование выступов и впадин в виде каналов диффузор - конфузор с относительными параметрами, приведенными выше, происходит разрушение пристенного пограничного слоя, причем максимальная выработка турбулентности происходит на вершинах выступов (точки B, D и т.д., что подтверждено опытами). Образовавшиеся вихревые структуры не затрагивают ядра потока, а лишь турбулизируют пограничный слой, что вызывает существенный рост теплоотдачи поверхности при незначительном увеличении ее гидравлического сопротивления. Часть вихревых структур присоединяется к поверхности в диффузорной части канала (Z_пр - точка присоединения), и происходит дальнейшее циклическое повторение описанного процесса интенсификации теплообмена.

Например, по результатам проведенных исследований была предложена конструкция секции водовоздушного радиатора трубчато-пластинчатого типа со следующими параметрами поверхности теплообмена (оребряющие пластины): h = 0,25 мм (толщина пограничного слоя рассчитывалась в соответствии с методикой, изложенной в [1]), S = 3 мм. Были собраны опытные модели секций радиатора с приведенными выше параметрами, испытания которых подтвердили высокую эффективность патентуемого способа повышения теплоотдачи. По результатам проведенных исследований рост коэффициента теплопередачи секции по сравнению с секцией, имеющей гладкие пластины, составил 12...18%, а рост гидравлического сопротивления не превысил 10%.

Формула изобретения

ПОВЕРХНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА, содержащая волнистый профиль, образованный последовательно чередующимися выступами и впадинами, имеющими одинаковые размеры относительно осевой линии, а смежные поверхности образуют диффузорно-конфузорные каналы, отличающаяся тем, что, с целью повышения коэффициента теплообмена, снижения габаритов и массы теплообменников, выступы имеют острую кромку и их высота h=(1,5-2)δ, где δ - толщина пограничного слоя, а расстояние S между вершинами соседних выступов составляет (12 - 15)h.

РИСУНКИ

Рисунок 1