Устройство для испарения жидкости

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, может быть использовано в устройствах дозирования газов, а также может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности. В устройстве для испарения жидкости, содержащем мини- или микроканал для протока газа, в нижней стенке которого имеется каверна с жидкостью прямоугольной формы, согласно изобретению в нижней стенке канала на границе раздела газ-жидкость содержится решетка, состоящая из продольных ребер прямоугольной формы, причем верхняя грань ребра имеет продольную канавку треугольной формы. Технический результат - повышение интенсивности испарения, снижение металлоемкости испарителей. 2 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроении, в частности, может быть использовано в устройствах дозирования газов, а также может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности.

В ряде случаев в промышленности необходимо при относительно невысокой температуре испарить некоторый объем жидкости. Часто такое испарение происходит в поток газа другой жидкости или в воздух. Так, в дозаторах газа к основному потоку газа, например азота, воздуха или аргона, подмешивается строго определенная концентрация другого газа, например водяного пара, этилового спирта или фреона. Причем последний образуется за счет испарения некоторого количества жидкости.

Наиболее близкое техническое решение описано в статье (Lyulin Y.V. and Kabov О.А., Measurement of the Evaporation Mass Flow Rate in a Horizontal Liquid Layer Partly Opened into Flowing Gas, Technical Physics Letters, vol. 39, No. 9, pp.795-797, 2013; Scheid В., Margerit J., Iorio C.S., Joannes L., Heraud M., Queeckers P., Dauby P.C., Colinet P. // Experiments in Fluids. 2012. V. 52. P. 1107-1119), в котором газ прокачивается в плоском мини- или микроканале, в нижней стенке которого имеется каверна с жидкостью. Уровень жидкости либо поддерживается постоянным с помощью специальных устройств, либо может изменяться и быть выпуклым в газовую фазу или вогнутым в каверну.

Недостатком данного устройства является сравнительно низкая интенсивность удельного испарения (кг/м2с), которая слабо зависит от скорости газа и снижается с увеличением размера каверны (Yu. V. Lyulin, D.V. Feoktistov, I.A. Afanas'ev, E.S. Chachilo, O.A. Kabov and G.V. Kuznetsov, Measuring the Rate of Local Evaporation from the Liquid Surface under the Action of Gas Flow, Technical Physics Letters, vol. 41, No. 7, pp. 665-667, 2015.). Например, в работе (Lyulin Y.V. and Kabov O.A., Evaporative convection in a horizontal liquid layer under shear-stress gas flow, Int. J. of Heat and Mass Transfer, Vol. 70, pp. 599-609, 2014) получена зависимость расхода испарения Q от скорости газа U:

Q ~ U0.15

Другим недостатком этого устройства является то, что оно может работать только при положении, близком к горизонтальному. При существенном отклонении от горизонтального положения жидкость может вытекать из каверны, что приводит к нестационарному испарению.

Задачей заявляемого изобретения является повышение интенсивности испарения, повышение эффективности системы в целом, снижение металлоемкости испарителей, обеспечение их работы на транспортных средствах.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для испарения жидкости, содержащем мини- или микроканал для протока газа, в нижней стенке которого имеется каверна с жидкостью прямоугольной формы, согласно изобретению в нижней стенке канала на границе раздела газ-жидкость содержится решетка, состоящая из продольных ребер прямоугольной формы, причем верхняя грань ребра имеет продольную канавку треугольной формы.

Решетка разделяет относительно большую поверхность границы раздела газ-жидкость на микро- или мини-ячейки и тем самым интенсифицирует испарение. Интенсификация достигается за счет образования значительного количества контактных линий газ-жидкость-твердое тело.

На фиг. 1 показано устройства для испарения жидкости (вид сверху). На фиг. 2 показан поперечный разрез ребер решетки.

1 - поток газа, 2 - каверна с жидкостью, 3 - ребра решетки (n=5), 4 - выход парогазовой смеси, 5 - испаряющаяся жидкость, 6 - мениск жидкости, 7 - контактная линия газ-жидкость-твердое тело, 8 - продольная канавка.

Устройство работает следующим образом.

Поток газа 1 поступает в мини- или микроканал. Решетка 3 разделяет относительно большую поверхность границы раздела газ-жидкость на микро- или мини-ячейки и тем самым интенсифицирует испарение. Интенсификация достигается за счет образования значительного количества контактных линий газ-жидкость-твердое тело 7 (фиг. 2б). Как показано в работах (М. Potash Jr., P. Wayner Jr., Evaporation from a twodimensional extended meniscus, Int. J. HeatMassTransfer, 15(10), pp. 1851-1863, 1972; P. Stephan, C. Busse, Analysis of the heat transfer coefficient of grooved heat pipe evaporator walls, Int. J. Heat Mass Transfer, 35(2), pp. 383-391, 1992), именно в этой локальной области происходит существенная интенсификация теплообмена и испарения. Интенсификация связана с наличием сверхтонкой пленки жидкости в данной области, а также интенсивной микроциркуляцией жидкости, вызванной поверхностными силами в данной области. Данная область часто называется микрорегионом. В некоторых работах интенсификация теплообмена в микрорегионе достигалась до 10 и более раз (Vladimir S. Ajaev, Oleg A. Kabov, Heat and mass transfer near contact lines on heated surfaces, Int. J. of Heat and Mass Transfer, 2017). В работе авторов (A.L. Karchevsky, I.V. Marchuk and O.A. Kabov, Calculation of the heat flux near the liquid-gas-solid contact line, Applied Mathematical Modeling, 40, pp. 1029-1037, 2016) экспериментально получена нитрификация теплообмена в 3-5 раз.

Степень увеличения длины контактных линий определяется параметром:

N=(2(A+B)+2nA)/(2(А+В)

Здесь А и В - размеры полости с жидкостью, n - число ребер в решетке. Если А=В и n=10, то N=1+n/2=6.

В случае недостаточного уровня испаряющейся жидкости 5 (фиг. 2а) мениск 6 находится между ребрами. В случае переполнения каверны жидкости, пульсаций расхода, существенного отклонения устройства от горизонтального и т.п. точки контактной линии фиксируются на канавке, фиг. 2б. При этом мениск жидкости становится выпуклым.

Механизм смачивания капиллярной канавки и «зацепления» контактных линий на поверхности с микроканавками рассмотрен в работе (Gibbs, J.W. The Collected Works of J. Willard Gibbs; Yale University Press: New Haven, CT, 1961; vol. 1, p. 326). Установлено, что жидкость зацепляется за микроканавку, если краевой угол смачивания не превышает θс. Критический краевой угол смачивания можно определить по следующей формуле:

θс=(180°-ϕ)+θе

Здесь ϕ - угол между верхней гранью ребра и гранью микроканавки, θе - краевой угол смачивания жидкостью плоской поверхности ребра. Приведенная формула была подтверждена в работе авторов (Grishaev V., Amirfazli A., Chikov S., Lyulin Y., Kabov O., Study of edge effect to stop liquid spillage for microgravity application, Microgravity sci. technol., vol. 25, pp. 27-33, 2013). Таким образом, использование решетки препятствует вытеканию жидкости за пределы каверны и обеспечивает работу подобных устройств на транспортных средствах. Решетка может быть изготовлена из любого достаточно хорошо смачиваемого материала. Изготовление решетки из металла с высокой теплопроводностью приведет к дополнительной интенсификации испарения. Оптимальная ширина канавки составляет 50-100 микрон. Оптимальный размер толщины ребра решетки составляет 150-300 микрон. Высота ребра решетки должна быть много меньше размеров каверны с жидкостью.

Данное устройство повышает интенсивность испарения, снижает металлоемкость испарителя, обеспечивает его работу на транспортных средствах - автомобили, скоростные поезда, морские суда, самолеты.

Устройство для испарения жидкости, содержащее мини- или микроканал для протока газа, в нижней стенке которого имеется каверна с жидкостью прямоугольной формы, отличающееся тем, что в нижней стенке канала на границе раздела газ-жидкость содержится решетка, состоящая из продольных ребер прямоугольной формы, причем верхняя грань ребра имеет продольную канавку треугольной формы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электроники, в частности к микромасштабным охлаждающим устройствам таким, как микроканальные теплообменники. Изобретение заключается в том, что в канале, на одной из сторон, которая является поверхностью подложки тепловыделяющего элемента, выполнены продольные микроканавки или нанесены продольные полосы гидрофобного нанопокрытия, формирующие микроручейковые течения жидкости.

Изобретение относится к энергетике. Установка для преобразования низкопотенциального геотермального тепла в электричество содержит вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании, водосборный бассейн, ветровое колесо, соединенное с электрогенератором.

Изобретение относится к способам переработки растительного, животного, морского сырья или их смесей. Способу получения твердого продукта и жидкого продукта из растительного, животного, морского сырья или их смесей содержит следующие стадии: а) нагревание мелкодисперсного исходного материала прямым введением водяного пара, b) разделение нагретого исходного материала на твердый продукт и водную жидкость, с) нагревание и опрессовывание водной жидкости и d) снижение давления водной жидкости с генерированием в результате водяного пара и жидкого продукта, в котором водяной пар, генерированный на стадии d), возвращается на стадию а) для введения в мелкодисперсный исходный материал.

Изобретение относится к области электроники, в частности к микромасштабным охлаждающим устройствам таким, как микроканальные теплообменники, которые обеспечивают высокие значения коэффициента теплопередачи при течении жидкостей в относительно небольших объемах.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в газотранспортной отрасли промышленности в системах подогрева топливного газа. Система подогрева топливного газа включает подогреватель топливного газа, в котором трубный пучок топливного газа погружен в раствор промежуточного теплоносителя, содержащегося в емкости, установленной внутри подогревателя топливного газа.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано при охлаждении электронного и микроэлектронного оборудования. Способ охлаждения электронного и микроэлектронного оборудования реализуется за счет использования конденсатора пара в качестве пленкоформирователя, обеспечивающего формирование тонких безволновых пленок жидкости высокой равномерности и качества.

Изобретение относится к устройствам и способам поддержания устройств для контакта пара с жидкостью. Устройство для сбора и распределения жидкости, установленное в колонне, содержащей наружный кожух и внутреннюю область, в которой происходят массоперенос и/или теплообмен, содержит сборник жидкости, проходящий поперек внутренней области колонны и содержащий множество каналов сбора, которые проходят в продольном направлении параллельно друг другу для сбора жидкости, нисходящей в пределах внутренней области колонны, причем каналы сбора имеют выпуски для выпуска жидкости, собираемой в каналах сбора; по меньшей мере, один каркас, проходящий поперек внутренней области колонны и имеющий противоположные концы, поддерживаемые кожухом колонны, причем каркас расположен под сборником жидкости и поддерживает его; распределитель жидкости, расположенный под каркасом и несомый им; и внутренний проход для текучей среды, сформированный в каркасе и выполненный с возможностью приема жидкости, выпускаемой из выпусков каналов сбора, и транспортировки ее в распределитель жидкости.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в контактных пленочных теплообменных аппаратах. Изобретение заключается в том, что в пленочном теплообменном аппарате с помощью армирующих стержней, закрепленных посредством горизонтальных упоров в верхней и нижней частях цилиндрического корпуса аппарата, установлены отсечные устройства, расположенные сверху вниз на одинаковом расстоянии, при этом каждое отсечное устройство разделено на две части: внутреннюю и находящуюся поверх внутренней внешнюю часть, с возможностью регулировки внутреннего пространства устройства путем перемещения пластин внутренней части, с помощью резьбовых вентилей.

Изобретение относится к области энергетики. Водораспределительное устройство для контактных аппаратов выполняется в виде тарелок с равномерно расположенными отверстиями прямоугольной формы, причем тарелки расположены в два яруса, они имеют форму поперечного сечения контактного аппарата, днища каждого яруса имеют равное количество отверстий со скругленными углами, причем живое сечение каждого яруса составляет 40-60%, при этом отверстия в соседних по высоте ярусах расположены с поворотом на угол 80-100 градусов, а расстояние между соседними отверстиями составляет 0,2-0,3 их ширины, при этом расстояние между днищами ярусов равно 8-10 ширины отверстий.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, а более точно - к устройству утилизации тепла конденсации водяного пара и очистки уходящих газов энергетической установки.

Изобретение относится к холодильному аппарату с испарителем. Испаритель (200) холодильного аппарата содержит носитель (202) и расположенную на носителе (202) трубу (204) для прохождения хладагента.

Группа изобретений относится к холодильному аппарату с испарителем и к способу изготовления такого испарителя для холодильного аппарата. Холодильный аппарат с испарителем (103) для испарения хладагента включает в себя входную трубу (105) для впуска хладагента, в которой образована область (107) трубы с первым поперечным сечением потока и область (109) сужения со вторым поперечным сечением потока.

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Испаритель содержит корпус с встроенным в него трубчатым змеевиком.

Группа изобретений относится к эксплуатации холодильной системы, где холодильная система содержит испаритель, выполненный с возможностью расположения в тепловом контакте с охлаждаемой камерой, компрессор, конденсатор, расширительный элемент и каналы.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах испарительного типа. усовершенствованный змеевик в сборе включает в себя предпочтительно змеевидные трубы.

Группа изобретений относится к холодильной технике. Испаритель для холодильного аппарата включает в себя трубу (11) для хладагента, по меньшей мере, одну несущую пластину (7), на которой закреплена труба (11), и расположенную между трубой (11) и несущей пластиной (7) теплораспределительную пластину (12), имеющую выступы (18), которыми зажимается труба (11).

Группа изобретений относится к холодильному аппарату и к испарителю, используемому в таком холодильном аппарате. Испаритель для холодильного аппарата содержит трубу, по которой проходит хладагент.

Изобретение относится к холодильному контуру. Сущность изобретения: холодильный контур (3) для бытовой техники, в частности бытовой техники для охлаждения, такой как холодильники и морозильники, включает первый теплообменник (5), выполненный с возможностью гидравлического сообщения с компрессором (4), обеспечивающий охлаждение проходящей через него охлаждающей текучей среды и ее переход по существу в жидкую фазу.

Изобретение относится к холодильному аппарату (1), который содержит внешний корпус (2), по меньшей мере, один холодильный отсек (3) для хранения охлаждаемых продуктов (5) и холодильный контур (6) с испарителем (4) для охлаждения холодильного отсека (3).

Изобретение относится к холодильному аппарату, в котором установлен испаритель с антиобледенительным устройством (4), предназначенным для устранения обледенения на трубке (3) для хладагента и/или теплообменнике (2), причем указанный теплообменник (2) содержит трубку (3) для хладагента с точкой (3.3) расширения, имеющей увеличивающийся диаметр, причем с теплообменником (2) соединен, по меньшей мере, один патрубок (3.1) малого диаметра и один патрубок (3.2) большого диаметра.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в системах охлаждения электронного оборудования. В способе охлаждения электронного оборудования с использованием комбинированных пленочных и капельных потоков жидкости, основанном на движении тонкой пленки жидкости за счет потока газа, согласно изобретению, осушенные области электронного компонента дополнительно орошаются потоками микрокапель жидкости с помощью каплеформирователя, расположенного на верхней стенке канала, над областями электронного компонента с максимальной плотностью теплового потока, причем истечение микрокапель жидкости осуществляют против направления течения газа под углом от 10 до 80 градусов к направлению течения газа. Технический результат - повышение эффективности охлаждения электронных компонентов. 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности, может быть использовано в устройствах дозирования газов, а также может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности. В устройстве для испарения жидкости, содержащем мини- или микроканал для протока газа, в нижней стенке которого имеется каверна с жидкостью прямоугольной формы, согласно изобретению в нижней стенке канала на границе раздела газ-жидкость содержится решетка, состоящая из продольных ребер прямоугольной формы, причем верхняя грань ребра имеет продольную канавку треугольной формы. Технический результат - повышение интенсивности испарения, снижение металлоемкости испарителей. 2 ил.

Наверх