Поверхность теплообмена Советский патент 1984 года по МПК F28F3/02 F28F1/40 F28F13/06 

/0

S

Фие. 1

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в теплообменниках в системах принудительного жидкостного охлаждения, применяемых для обеспечения тепловых режимов электронной аппаратуры, рассеивающей значительные мощности.

Известна поверхность теплообмена, содержащ ая плоские параллельные пластины и каналы, образованные продольным, ребром, имеющим выступы и впадины, и внутренними поверхностями плоских стенок 13.

Однако эта поверхность обладает невысокой эксплуатационной надежностью и ограниченными эксплуатационными возможностями, так как возможны поломки, связанные с температурными удлинениями корпуса трубы и внутренних ребер.

Известна поверхность теплообмена, содержащая плоские параллельные пластины, между которыми размещены волнообразные перфорированные вставки, образующие каналы переменного сечения 21.

Однако интенсивность, теплообмена недостаточна ввиду того, что в ядре потока наблюдаются, наивысшие значе- нкя турбул.ентной проводимоста а наименьише.значения градиента темпера тур по нормали к стенке ,канал.а .к наименьшие .значения плотности.теплового потока .теплоносителя. ...

Цель изобретения - интенсификация теплообмена и повышение, эксплуатационной надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в прйерхности теплообмена, содержащей плоские параллельные пластины, между которыми размещены волнообразные перфорированные вста.вки, образующие кана.лы переменного сечения, вставки установлены с зазором. относительно пластин с возможностью свободных колебаний и имеют ограничители перемещений в поперечном направлении, а концевые участки вставок выполнены прямолинейными и имеют отверстия, через которые по крайней мере на одном из концевых участков пропущен центрирующий стержень, служащий ограничителем перемещений в продольном направлении.

Перфорации во вставках могут быть выполнены в виде прямоугольных щелей разделенных перемычками, расположенными по оси волны соответствующей вставки.

На фиг. 1 изображена поверхность теплообмена, общий вид; на фиг. 2 вид А на фиг. 1 с частичным вырывом; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 2, вариант с ограничителями перемещений в поперечном направлении в виде продольных ребер; на фиг. 4 - вариант с ограничителями перемещений в поперечном направлении в виде изгибов на стержнях; на фиг. 5 - вариант с ограничителями перемещений в поперечном направлении в виде втулок.

Поверхность теплообмена содержит плоские параллельные пластины I и 2, между которыми размещены с зазором с возможностью свободных колебаний волнообразные перфорированные вставки 3, образующие каналы переменного профиля и имеющие ограничители перемещений в поперечном направлении, которые могут быть выполнены либо в виде продольных ребер 4, выполненных на пластинах 1 и 2, либо в виде изгибов 5 на центрирующих стержнях б, либо в виде втулок 7, закрепленных на центрирующих стержнях 6. Концевые участки 8 вставок 3 выполнены прямолинейными и имеют отверстия 9, через которые по крайней мере на одном из концевых участков 8 пропущен центрирующий стержень 6, служащий ограничителем перемещений в продольном направлении. Перфорации 10 во вставках 3 выполнены в виде прнмоугольннх щелей, разделенных перемычками 11, расположенными по оси 12 волцы соответствующей вставки.

Устройство работает следующим образом.

При. протекании теплоносителя между пластинами.1 и 2 механизм процест са интенсификации теплообмена.в .каналах заключается в том,.что на диффузорно-гконфузорных участках л:енерируются .вихревые системы.. Так как кажда вставка 3 перфорирована,.то диффузорно-конфузорные участки располагаются только в пристенных слоях, т.е. вблизи пластин 1 и 2, Поэтому вихревые системы располагаются в пристенных слоях теплоносителя. Это приводит к резкому увеличению турбулентной вязкости и проводимости в этих слоях, а также градиента температур и плотности теплового потока. В результате значительно увеличивается значение коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к пластинам 1 и 2. В то же время дополнительная энергия с помощью тур булизаторов к потоку теплоносителя в его ядре не подводится. При этом гидродинамическая структура в ядре потока в каналах во всем рабочем диапазоне режимов течения теплоносителя остается такой же, как и в

.подобном, но гладком канале.

Кроме того, существенный вклад в интенсификацию теплообмена в пристенных с;1оях течения теплоносителя вносят колебания вставок 3. Возможность колебаний обеспечивается установкой вставок 3 с зазорг1ми относительно пластин 1 и 2, а также размещением

ПО крайней мере одного из прямолинейных концевых участков 8 каждой вставки 3 на одном из центрирующих

стержней 6. Установка вставок 3 с зазорами относительно пластин 1 и 2 обеспечивает не только их колебания, но и позволяет п|редотвратить возможность поломок связанных с температурными деформациями, а также использовать различные материалы для изготовления пластин 1 и 2 и вставок 3. Это позволяет существенно повысит надежность в работе и расширить эксплуатационные возможности конструкцин.

При работе с теплоносителями, содержащими взвешенные микрочастицы, турбулизация пристенных слоев препятствует осаждению на стенках каналов этих частиц в виду того, что они у стенок находятся, в поле действия центробежных сил, котоЕие способствуют их выносу через слой смешения

в ядро потока с последующим выбросом вместе с основным потоком из трубы. Колебания вставок 3 также препятствуют осаждению частиц. Все это позволяет исключить появление осадка на пластинах 1 и 2, который снижает надежность и увеличивает термическое сопротивление,

использование предлагаемой поверхности теплообмена позволит существенно интенсифицировать теплообмен за счет активной турбулизации пристенного слоя теплоносителя и свободных колебаний вствки, повысит эксплуатационную надежности вследствие предотвращения поломок, свя- за{)ных.с температурными деформациями, и .исключить появление осадка на пластинах.

1. ПОВЕРХНОСТЬ ТЕПЛООБМЕНА, содержащая плоские параллельные пластины, между которыми размещены волнообраэ1ше перфорированные вставки, образуккцие каналы переменного сечения, отличающаяся тем, что. с целью интеисйфикацни теплообмена и повышения эксплуатационной надежности, вставки установлены с зазором относительно пластин с возможностью свободных колебаний и имеют ограничители перем цений в поперечном направлении, а концевые участки вставок выполнены прямолинейными и имеют отверстия, через которые по крайней мере на одном из концевых участков пропущен центрирующий стержень, служащий ограничителем перемещений в продольном направлении. 2. Поверхность теплообмена по п.1, отличающаяся тем, что перфорации во вставках выполнены в виде прямоугольных щелей, разделенных перемычками, расположенными по оси волны соответствующей вставки.

Т

ЗФЕ

i

Фик.2