Теплообменная поверхность

Авторы патента:

F28F13/00 - Трубчатые элементы; комплекты трубчатых элементов (приспособленные для подвижных узлов теплообменных аппаратов F28F 5/00)

Владельцы патента RU 2784163:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Самарский государственный технический университет (RU)

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в устройствах для интенсификации конвективного теплообмена. Теплообменная поверхность, включающая осесимметричные каналы переменного сечения, образованные верхней и нижней пластинами и продольно-волнистыми ребрами с прорезями, дополнительно снабжена встроенными на входах осесимметричных каналов пульсаторами для создания пульсирующего движения потока воздуха в каналах, а угол раскрытия продольно-волнистых ребер принят в пределах от 0 до 5°. Технический результат – повышение интенсивности и эффективности теплообмена, эффективности передачи теплоты от стенок каналов к нагреваемой среде, а также экономия теплоты, используемой для подогрева нагреваемой среды (воздуха). 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для интенсификации конвективного теплообмена.

Наиболее близким устройством того же назначения, к заявленному изобретению по совокупности признаков, является устройство для интенсификации конвективного теплообмена, включающий осесимметричные каналы переменного сечения, образованные верхней и нижней пластинами и продольно-волнистыми ребрами с прорезями (см. А.с. №285938, МПК F28f3/02, F28f13/02 Способ интенсификации конвективного теплообмена. // Кирпиков В. А., Гутарев В. В., Лейфман И.И. – Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР. 1971), принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится большой расход теплоты, используемой для подогрева нагреваемой среды (воздуха).

Технический результат – повышение интенсивности и эффективности теплообмена, повышение эффективности передачи теплоты от стенок каналов к нагреваемой среде, а также экономия теплоты, используемой для подогрева нагреваемой среды (воздуха).

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что теплообменная поверхность, включающая осесимметричные каналы переменного сечения, образованные верхней и нижней пластинами и продольно-волнистыми ребрами с прорезями, дополнительно снабжена, встроенными на входах осесимметричных каналов, пульсаторами, состоящими из полукольцевых каналов с разделителем, установленным между ними с обеспечением разного проходного сечения каналов, и резонатора изготовленного из тонкой пластины, закрепленного на стенке осесимметричного канала за полукольцевыми каналами, при этом угол раскрытия продольных-волнистых ребер принят в пределах от 0 до 5^о.

Закон, по которому изменяют расход пульсирующего потока, записан в виде: ,

– расход, м³/с; – площадь сечения, м²; – начальная скорость м/c; – амплитуда пульсаций, м; – время, с; – частота, Гц; – число 3,14.

На чертежах представлены:

на фиг.1 – схема устройства теплообменной поверхности, где приняты обозначения: 1 – конфузорно-диффузорный канал, 2 – нижняя пластина, 3 – верхняя пластина, 4 – продольно-волнистое ребро;

на фиг. 2 – разрез теплообменного элемента, где: 1 – конфузорно-диффузорный канал, 2 – нижняя пластина, 3 – верхняя пластина, 4 – продольно-волнистое ребро, 5 – прорезь, 6 – пульсатор, 7 – правый полукольцевой канал, 8 – левый полукольцевой канал, 9 – резонатор, 10 – разделитель;

на фиг.3 – распределение коэффициента теплоотдачи по длине канала: a – прямой канал, b – конфузорно-диффузорный канал, c – конфузорно-диффузорный канал при наложенных пульсациях (ускорение), d – конфузорно-диффузорный канал при наложенных пульсациях (торможение).

Фигура 3 иллюстрирует результаты исследования теплообмена в конфузорно-диффузорных каналах с пульсациями (торможение и ускорение потока) и без них и в прямом канале без пульсации.

Теплообменная поверхность для интенсификации конвективного теплообмена содержит конфузорно-диффузорные каналы 1, образованные нижней пластиной 2, верхней пластиной 3 и продольно-волнистыми ребрами 4, имеющими прорези 5, через которые осуществляется вдув (отсос) потока воздуха для интенсификации теплообмена. На входах конфузорно-диффузорных каналов 1 установлены пульсаторы 6, сформированные из правого полукольцевого канала 7, левого полукольцевого канала 8, установленного между ними разделителя 10 и резонатора 9, представляющего собой тонкую пластинку, закрепленную на стенке конфузорно-диффузорного канала 1 за полукольцевыми каналами.

Пульсаторы 6 могут быть изготовлены из металлов, сплавов или других коррозионно-устойчивых материалов.

Разделитель 10 выполнен из коррозионно-устойчивых материалов в виде треугольной призмы со скругленными углами.

Сведения, подтверждающие возможность достижения указанного выше технического результата.

Для интенсификации конвективного теплообмена нагреваемая среда (воздух) подается в конфузорно-диффузорные каналы 1. Воздух входит в конфузорно-диффузорные каналы 1, проходит через пульсаторы 6, работа которых заключается в создании пульсаций потока воздуха. Пульсации потока воздуха создаются за счет резонатора 9. Воздух входит в конфузорно-диффузорный канал 1 проходит полукольцевые каналы: правый полукольцевой канал 7 и левый полукольцевой канал 8, встречается с резонатором 9 и под действием потоков, прошедших через полукольцевые каналы и разделитель 10, резонатор 9 начинает колебаться. Колебания резонатора 9 возникают за счет того, что потоки воздуха прошедшие через правый полукольцевой канал 7 и левый полукольцевой канал 8 имеют различные скорости из-за разного проходного сечения каналов. Так как конфузорно-диффузорный канал 1, соединенный с выходом пульсатора 6 выполнен в виде конфузора, образованного продольно-волнистыми ребрами 4, то давление за пульсатором 6 будет выше давления на начальном участке конфузорно-диффузорного канала 1. Поток воздуха за счет разности давлений пойдет от входа пульсатора 6 к конфузорно-диффузорному каналу 1 через продольно-волнистые ребра 4. Под действием пульсаторов 6 поток воздуха в конфузорно-диффузорном канале 1 приобретает пульсационный характер движения. Таким образом, в конфузорно-диффузорных каналах 1 реализуется пульсирующее течение нагреваемой среды, что приводит к интенсификации теплоотдачи от стенок каналов к нагреваемой среде (воздуха) и, соответственно, к более эффективному процессу передачи теплоты. Пульсации потока теплообменивающейся среды имеют вид гармонических колебаний.

Угол раскрытия продольных-волнистых ребер 4 составляет от 0 до 5⁰, так как по данным исследованиям [1, 2] при таком угле раскрытия интенсивность теплообмена максимальна.

Результаты исследования роста эффективности теплообмена представленные на фиг.3 показывают, что интенсивность теплообмена в конфузорно-диффузорных каналах в 1,8 раз выше чем, в прямых каналах. При этом наложенные пульсации потока в конфузорно-диффузорных каналах ведет к росту теплообмена 1,5 раза.

Список литературы

1. Терехов В. И., Богатко Т. В. Особенности теплообмена в осесимметричном диффузоре после внезапного расширения трубы // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2015. №1 (16) . С. 95–100.

2. Петрова Н. П., Цынаева А. А. Численное исследование теплообмена в канале теплообменника с градиентом давления // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11, № 12. С. 532–540.

Теплообменная поверхность, включающая осесимметричные каналы переменного сечения, образованные верхней и нижней пластинами и продольно-волнистыми ребрами с прорезями, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена встроенными на входах осесимметричных каналов пульсаторами, состоящими из полукольцевых каналов с разделителем, установленным между ними с обеспечением разного проходного сечения каналов, и резонатора, изготовленного из тонкой пластины, закрепленного на стенке осесимметричного канала за полукольцевыми каналами, при этом угол раскрытия продольно-волнистых ребер принят в пределах от 0 до 5°.

Настоящее изобретение относится к конструкциям аккумуляторов с материалом с фазовым переходом (МФП), которые нагреваются изнутри. Конкретнее, настоящее изобретение относится к выполненным как одно целое и/или расположенным внутри нагревательных устройств (например, электронагревательным устройствам) в ряде тепловых аккумуляторов, содержащих МФП.

Способ формирования гидрофобной текстуры на поверхности металла // 2750831

Изобретение относится к области интенсификации процесса теплообмена при конденсации пара, может быть использовано в теплообменных аппаратах кожехотрубного типа теплоэлектроцентралей: конденсаторах, подогревателях и охладителях. Способ формирования гидрофобной текстуры на поверхности металла заключается в создании шероховатой структуры, причем шероховатую текстуру формируют продавливанием поверхности металла равномерно расположенными мелкодисперсными твердыми сферическими частицами размерами от 70 до 80 мкм и обеспечивают на полученной текстурированной поверхности краевые углы от 140 до 150 градусов.

Аппарат с теплообменной рубашкой // 2727403

Изобретение относится к области конструкций обогреваемых емкостных аппаратов периодического действия и может найти применение в химической, пищевой, нефтехимической, микробиологической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности. Аппарат содержит корпус, крышку, патрубки для подвода исходных компонентов и отвода готового продукта и теплообменную рубашку.

Турбулизирующее устройство для теплообменной трубы // 2714469

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в трубчатых теплообменниках. В турбулизирующем устройстве, содержащем стыковочный узел и соединенную с ним с возможностью вращения спиральную ленту 1, причем стыковочный узел включает корпус 2 с заглушкой 3, имеющий внутри подшипник с валом 4, выходящим из корпуса 2, а снаружи - фигурные элементы 5 для фиксации корпуса в трубе 6, а спиральная лента представляет собой винтовой коноид, шаг свивки которого определяют по формуле: , где: λ - шаг свивки винтового коноида, м; (0,05-0,2) - коэффициент, определяющий пределы изменения шага свивки; π - математическая константа (π=3,14), ν - скорость потока в теплообменной трубе, м/с; D - внутренний диаметр теплообменной трубы, м.

Цилиндрический рекуперативный теплообменный аппарат коаксиального типа // 2714133

Изобретение относится к области теплоутилизирующих устройств и может использоваться для утилизации тепловой энергии уходящего воздуха в приточно-вытяжных установках вентиляции и кондиционирования воздуха. Изобретение заключается в том, что цилиндрический рекуперативный теплообменный аппарат коаксиального типа, включающий цилиндрический корпус; каналы с заглушками, подводящий и отводящий воздуховоды, дополнительно включает кольцевые пластины, образующие центральный осевой канал и кольцевые каналы с торцевыми заглушками; продольные дуговые элементы; фланцы; герметизирующую резиновую прослойку между фланцами; отбортовки с отверстиями под болты с гайками; продольную перегородку, разделяющую подводящий воздуховод и отводящий воздуховод, турбулизаторы, образованные выпуклыми элементами, при этом между кольцевыми пластинами применено устройство продольных дуговых элементов, продольно завихряющих воздушные потоки и увеличивающих время контакта греющей среды с теплообменными элементами, а на поверхности кольцевых пластин, обращенной к оси цилиндрического корпуса, в результате нанесения контактного высокотеплопроводного покрытия, формируется шероховатость, обуславливающая, при совокупном действии с турбулизаторами, поперечное завихрение воздушных потоков.

Аппарат воздушного охлаждения // 2705787

Изобретение относится к аппаратам воздушного охлаждения для проведения теплообменных процессов между воздухом и горячим теплоносителем с использованием подвижных каналов (вращающихся труб) и может быть использовано в газовой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Аппарат состоит из кожуха, шахматного пучка труб, спиральных лент, лопастных крыльчаток с внешними кольцами, подшипников закрытого типа, конфузора и диффузора для входа и выхода воздуха, трубных решеток, патрубков для входа и выхода горячего теплоносителя.

Теплообменник и газотурбинный двигатель, содержащий такой теплообменник // 2689238

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано, в частности, для охлаждения текучей среды во вторичном проточном тракте многоконтурного турбореактивного двигателя. Объектом изобретения является теплообменник (10) между первой текучей средой и второй текучей средой, содержащий диафрагму, разделяющую две текучие среды, и теплопроводящий элемент (17), входящий в тепловой контакт с диафрагмой, с одной стороны, и с первой текучей средой, с другой стороны, отличающийся тем, что упомянутый теплопроводящий элемент (17) выполнен подвижным между активным положением и неактивным положением таким образом, что способность теплообмена с первой текучей средой является более низкой в неактивном положении, чем в активном положении.

Способ повышения теплосъема на выпуклых теплоотдающих поверхностях теплопередающих устройств и устройство для его осуществления // 2680175

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в теплопередающих устройствах, например в ядерных энергетических установках. Изобретение заключается в том, что в устройстве для повышения теплосъема на выпуклых теплоотдающих поверхностях, содержащем верхнее закручивающее устройство, размещенное относительно выпуклой поверхности с зазором δ, разделенным продольными ребрами на ряд каналов, число продольных ребер n, размещенных на выпуклой поверхности, выбирается из условия 0,1πdвп/δ≥n≥0, где δ - высота зазора, dвп - диаметр выпуклой теплоотдающей поверхности.

Устройство для охлаждения и/или для рекуперации тепла // 2671766

Изобретение относится к устройству для охлаждения и/или для рекуперации тепла. Устройство содержит несколько выполненных с возможностью соединения модулей теплообменника, содержащих по одному теплообменнику и соединяемых с обеспечением работы их теплообменников по параллельной схеме подключения, при этом каждый модуль теплообменника имеет окружающий теплообменник корпус, который на торцевых сторонах имеет по одному входному и одному выходному отверстию для воздуха, в результате чего каждый из следующих друг за другом модулей теплообменника имеет два входных и два выходных отверстия для воздуха, а устройство содержит общий воздуховод приточного воздуха и общий воздуховод отработавшего воздуха, присоединенные к модулям теплообменника с обеспечением возможности равномерного и параллельного снабжения входных отверстий для воздуха следующих друг за другом модулей теплообменника отработавшим воздухом из общего воздуховода отработавшего воздуха, а также равномерного и параллельного выхода приточного воздуха из выходных отверстий для воздуха следующих друг за другом модулей теплообменника в общий воздуховод приточного воздуха.

Способ интенсификации конвективного теплообмена // 2652700

.Изобретение относится к области интенсификации конвективного теплообмена и может быть использовано при разработке электроконвективных теплообменников и электрогидродинамических тепловых труб, а также при создании систем охлаждения высоковольтного энергетического оборудования. В способе интенсификации конвективного теплообмена между заземленной поверхностью теплообмена и высоковольтным электродом устанавливают с зазором относительно них пленочный составной элемент, состоящий из соединенных между собой электропроводящей и диэлектрической пленок, металлическое покрытие элемента располагают вблизи высоковольтного электрода, сам элемент подпружинивают на диэлектрических опорах и под действием электрического воздействия искрового разряда приводят элемент в автоколебательное движение.