Развитая теплообменная поверхность

Изобретение относится к области теплотехники, может быть использовано при создании теплообменных устройств и направлено на повышение удельных тепловых потоков, снимаемых с развитой поверхности теплообмена. Развитая теплообменная поверхность содержит поверхность теплообмена 1, по меньшей мере на одной из сторон которой выполнено оребрение в виде канавок 2, расположенных шахматно с поперечным шагом S1 и продольным шагом S2 и выполненных в форме сферического пояса с диаметром меньшего основания Dпм, диаметром большего основания Dпб и высотой hп. В канавки 2 соосно установлены цилиндрические шипы 3 высотой Hш и диаметром Dш, равным диаметру меньшего основания Dпм сферического пояса. При этом отношение поперечного шага S1 расположения канавок 2 к диаметру меньшего основания Dпм сферического пояса находится в диапазоне от 1,5 до 3. Отношение продольного шага S2 расположения канавок 2 к диаметру большего основания Dпб сферического пояса находится в диапазоне от 1,5 до 3. Отношение Dпб/Dпм находится в диапазоне от 1,2 до 3. Отношение высоты Hш цилиндрических шипов 3 к высоте сферического пояса hп находится в диапазоне от 1 до 30. 4 ил.

 

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при создании теплообменных устройств.

Известна развитая теплообменная поверхность (Охлаждение лопаточных аппаратов газовых турбин: Обзор. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990. - с. 11, рис. 4.а), содержащая поверхность теплообмена, на которой выполнено оребрение в виде цилиндрических шипов, имеющих шахматное расположение.

Основной недостаток настоящего технического решения заключается в невысокой интенсивности теплообмена.

Известна развитая теплообменная поверхность (Охлаждение лопаточных аппаратов газовых турбин: Обзор. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1990. - с. 11, рис. 4.г), содержащая поверхность теплообмена, на которой выполнено оребрение в виде сферических канавок.

Основной недостаток настоящего технического решения заключается в невысокой интенсивности теплообмена.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является развитая теплообменная поверхность (Rao Y., Xu Y., Wan С. An experimental and numerical study of flow and heat transfer in channels with pin fin-dimple and pin fin arrays // Experimental Thermal and Fluid Science. - 2012. - T. 38. - c. 239, рис. 3), на одной из сторон которой выполнено оребрение в виде цилиндрических шипов, имеющих шахматное расположение, и канавок, имеющих шахматное расположение, при этом канавки расположены между шипами.

Основной недостаток настоящего технического решения заключается в невысокой интенсивности теплообмена.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в интенсификации теплообмена за счет изменения конфигурации поверхности теплосъема.

Техническим результатом является повышение удельных тепловых потоков, снимаемых с развитой поверхности теплообмена.

Это достигается тем, что известная развитая теплообменная поверхность содержит поверхность теплообмена, по меньшей мере на одной из сторон которой выполнено оребрение, при этом оребрение выполнено в виде канавок, расположенных шахматно с поперечным шагом S1 и продольным шагом S2, выполненных в форме сферического пояса с диаметром меньшего основания Dпм, диаметром большего основания Dпб и высотой hп, и цилиндрических шипов, соосно установленных в канавки, высотой Hш и диаметром Dш, равным диаметру меньшего основания Dпм сферического пояса, при этом отношение поперечного шага S1 расположения канавок к диаметру меньшего основания Dпм сферического пояса находится в диапазоне от 1,5 до 3, отношение продольного шага S2 расположения канавок к диаметру большего основания Dпб сферического пояса находится в диапазоне от 1,5 до 3, отношение Dпб/ Dпм находится в диапазоне от 1,2 до 3, отношение высоты Нш цилиндрических шипов к высоте сферического пояса h=п находится в диапазоне от 1 до 30.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена развитая теплообменная поверхность (РТП), на фиг. 2 представлен вид сверху на РТП, на фиг. 3 показан разрез Б-Б РТП, на фиг. 4 изображен график зависимости числа Нуссельта Nu от числа Рейнольдса Re для различных РТП.

Развитая теплообменная поверхность содержит поверхность теплообмена 1, по меньшей мере на одной из сторон которой выполнено оребрение в виде канавок 2, расположенных шахматно с поперечным шагом S1 и продольным шагом S2 и выполненных в форме сферического пояса с диаметром меньшего основания Dпм, диаметром большего основания Dпб и высотой hп. В канавки 2 соосно установлены цилиндрические шипы 3 высотой Hш и диаметром Dш, равным диаметру меньшего основания Dпм сферического пояса. При этом отношение поперечного шага S1 расположения канавок 2 к диаметру меньшего основания Dпм сферического пояса находится в диапазоне от 1,5 до 3. Отношение продольного шага S2 расположения канавок 2 к диаметру большего основания Dпб сферического пояса находится в диапазоне от 1,5 до 3. Отношение Dпб/ Dпм находится в диапазоне от 1,2 до 3. Отношение высоты Hш цилиндрических шипов 3 к высоте сферического пояса hп находится в диапазоне от 1 до 30.

Предлагаемое оребрение можно выполнять как с одной стороны поверхности теплообмена 1, так и с обеих. При этом для оребренной стороны развитой теплообменной поверхности рабочая среда является газообразной.

Данную развитую теплообменную поверхность можно использовать в любом теплообменном устройстве, включая трубы, охлаждаемые каналы, пластинчатые теплообменники и т.д.

Развитая теплообменная поверхность работает следующим образом.

В рабочем процессе газообразная среда обтекает оребренную сторону поверхности теплообмена 1, принимая или передавая через нее тепловой поток. При натекании газообразной среды на цилиндрические шипы 3 часть газового потока перенаправляется в канавки 2, в которых формируются вихревые жгуты, поглощающие пограничный слой вокруг цилиндрических шипов 3. Указанное сочетание канавок 2 и цилиндрических шипов 3 позволяет значительно повысить интенсивность теплообмена по сравнению с прототипом. Значительное повышение коэффициента теплоотдачи на поверхности теплообмена 1 вызвано прежде всего заполнением вихревыми жгутами всей полости канавки 2 и частичным поглощением пограничного слоя.

В результате проведения численного эксперимента была подтверждена высокая интенсивность теплообмена РТП. Графическая зависимость числа Нуссельта Nu от числа Рейнольдса Re для различных развитых теплообменных поверхностей приведена на фигуре 4, где линия 1 отражает зависимость для РТП, на которой выполнено оребрение в виде цилиндрических шипов, имеющих шахматное расположение. Линия 2 отражает зависимость для РТП, на которой выполнено оребрение в виде цилиндрических шипов, имеющих шахматное расположение, и канавок, имеющих шахматное расположение. При этом канавки расположены между шипами (по прототипу). Линия 3 отражает зависимость для предлагаемой РТП. Как видно из графика, предлагаемое техническое решение обладает значительно более высокой интенсивностью теплообмена по сравнению с прототипом: рост числа Nu в диапазонах чисел Re от 12000 до 30000 составляет примерно 15-20%.

Столь значительный рост интенсивности теплообмена вызван прежде всего значительной турбулизацией потока. Структура вторичных токов принципиально меняется. Часть потока, натекающего на цилиндрические шипы 3, перенаправляется в канавки 2, в которых образуются зоны повышенной интенсивности теплообмена за счет формирования вихревых жгутов, поглощающих пограничный слой.

Использование изобретения позволяет достичь повышения удельных тепловых потоков, снимаемых с развитой поверхности теплообмена, за счет повышения интенсификации теплообмена.

Развитая теплообменная поверхность, содержащая поверхность теплообмена, по меньшей мере на одной из сторон которой выполнено оребрение, отличающаяся тем, что оребрение выполнено в виде канавок, расположенных шахматно с поперечным шагом S1 и продольным шагом S2, выполненных в форме сферического пояса с диаметром меньшего основания Dпм, диаметром большего основания Dпб и высотой hп, и цилиндрических шипов, соосно установленных в канавки, высотой Нш и диаметром Dш, равным диаметру меньшего основания Dпм сферического пояса, при этом отношение поперечного шага S1 расположения канавок к диаметру меньшего основания Dпм сферического пояса находится в диапазоне от 1,5 до 3, отношение продольного шага S2 расположения канавок к диаметру большего основания Dпб сферического пояса находится в диапазоне от 1,5 до 3, отношение Dпб/Dпм находится в диапазоне от 1,2 до 3, отношение высоты Нш цилиндрических шипов к высоте сферического пояса hп находится в диапазоне от 1 до 30.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на транспорте, в химической технологии и других отраслях техники. В теплообменной трубе канал образован гладкими участками трубы и выступами, при этом выступы выполнены с дополнительным интенсификатором теплообмена в виде дискретных канавок, поперечных к потоку, причем канал выполнен с геометрическими соотношениями: l2=(90-100)h; l1=(90-100)h; l'/l1=0,05; h/D=0.03, где l2 - длина канавки, мм; l1 - длина выступа, мм; l' - длина участка выступа между неглубокими канавками, мм; h - высота выступа, мм; D - внутренний диаметр теплообменной трубы, мм.
Изобретение относится к области теплотехники и гальванотехники и может использоваться в системах повышения теплоотдачи для улучшения характеристик теплоотдачи на различных поверхностях устройства теплопередачи.

Предлагаемое изобретение относится к области энергетики и может быть использовано на транспорте, в химической технологии и других отраслях техники. В теплообменной трубе, канал которой выполнен с выступами и канавками, согласно заявляемому изобретению, канал образован гладкими участками трубы и узкими канавками с геометрическими соотношениями: h/D=0.1, (t-l)/h=1, l/h<(3-5), где h - высота выступа, мм, D - внутренний диаметр теплообменной трубы, мм, t - длина типового участка канала с выступом и канавкой, мм, l - длина канавки, мм.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменных аппаратах. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в паровых и водогрейных котлах. .

Изобретение относится к энергетической промышленности, в частности к теплообменным аппаратам. .

Изобретение относится к теплотехнике , а точнее - к теплообменным поверхностям, обеспечивающим пульсирующее движение теплоносителя, и может быть использовано в теплообменниках различного назначения.

Изобретение относится к области теплотехники, может быть использовано при создании теплообменных устройств и направлено на повышение удельных тепловых потоков, снимаемых с развитой поверхности теплообмена. Развитая теплообменная поверхность содержит поверхность теплообмена 1, по меньшей мере на одной из сторон которой выполнено оребрение в виде канавок 2, расположенных шахматно с поперечным шагом S1 и продольным шагом S2 и выполненных в форме сферического пояса с диаметром меньшего основания Dпм, диаметром большего основания Dпб и высотой hп. В канавки 2 соосно установлены цилиндрические шипы 3 высотой Hш и диаметром Dш, равным диаметру меньшего основания Dпм сферического пояса. При этом отношение поперечного шага S1 расположения канавок 2 к диаметру меньшего основания Dпм сферического пояса находится в диапазоне от 1,5 до 3. Отношение продольного шага S2 расположения канавок 2 к диаметру большего основания Dпб сферического пояса находится в диапазоне от 1,5 до 3. Отношение DпбDпм находится в диапазоне от 1,2 до 3. Отношение высоты Hш цилиндрических шипов 3 к высоте сферического пояса hп находится в диапазоне от 1 до 30. 4 ил.

Наверх