Способ теплообмена между жидкостью и поверхностью твердого тела Советский патент 1986 года по МПК F28F13/00 

1 Изобретение относится к теплотехнике, а именно к процессам теплообме на между жидкостью и твердым телом при высоких значениях плотности теплового потока. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа при осуществлении теп.пообмена в поле массовых сил. На фиг. 1 изображена схема переда чи тепла от поверхности к основной жидкости, на фиг. 2 - схема передач тепла от основной жидкости к поверх ности} на фиг. 3 - схема передачи тепла от поверхности к основной жид кости при вращении; на фиг. 4 - схе ма передачи тепла от основной жидко iri к поверхности при вращенииJ на фиг. 5 - схема теплообмена при возврате конденсата с помощью капилляр ной структуры; на фиг. 6 - схема части устройства для стабилизации .температуры основной жидкости. Поверхность 1 твердого тела непосредственно взаимодействует со слоем вспомогательной жидкости 2, отделенной поверхностью 3 раздела от основной жидкости 4. На участках теплообмена имеются пузьфи 5 пара вспомогательной жидкости 2. На вер тикальной поверхности 1 твердого тела размещена капиллярная структура 6, обладающая большей смачиваемостью вспомогательной жидкости 2, чем основной жидкостью 4, в которой с некоторым зазором относительно капиллярной структуры 6 размещен змеевик 7 с движущимся внутри него .дополнительным хладагентом (фиг. 5) Капиллярная структура 6 может обладать гидрофильными свойствами по отношению к вспомогательной ждцкости и гидрофобными свойствами по отношению к основной жидости. в устройстве для стабилизации температуры основной жидкости 4 (фиг. 6) под держивают толщину слоя вспомогатель . ной жидкости 2 более пяти отрьшных диаметров пузырей пара, причем для конденсации пара служит конденсатор 8, размещенньй во внешнем циркуляционном контуре 9.. Основная жидкость имеет в этом устройстве свободную поверхность 10. При осуществлении данного способа в качестве основной и вспомогательной жидкостей могут быть взяты, например, вода и фреон113 соответственно. 31 Способ теплообмена между жидкостью и поверхностью твердого тела осуществляют следующим образом. Между поверхностью 1 и основной жидкостью 4 размещают вспомогательную жидкость 2, которая кипит на поверхности 1. Пузыри пара 5 вспомогательной жидкости 2 поступают через поверхность 3 раздела жидкостей в основную жидкость 4. Так как плотность вспомогательной жидкости 2 больше, чем плотность основной, то конденсат вспомогательной жидкости поступает в зону теплоотдающей поверхности 1 . При передаче тепла от основной жидкости 4 к поверхности 1 (фиг. 2) между этой поверхностью и основной жидкостью 4 размещают вспомогательную жидкость 2 с плотностью, меньшей, чем у основной жидкости. Пузьфи пара вспомогательной жидкости 2 образуются на поверхности раздела жидкостей 3 и поступают к поверхности 1, где конденсируются. В случае, когда основной жидкости придают вращательное шш вращательно-поступательное движение (фиг. 3), то между поверхностью 1 и основной жидкостью 4 с учетом де ствия центробежных сил размещают вспомогательную жидкость 2 с большей плотностью. На поверхности 1 образуются пузьфи 5 вспомогательной жидкости 2, которые поступают через поверхность 3 раздела жидкостей к основной жидкости 4 и в ней конденсируются . Если плотность вспомогательной жидкости 2 меньше, чем основной, то ее размещают между поверхностью 1 и основной жикдостью 4 с учетом действия центробежных сил (фиг. 4). Пузыри 5 пара вспомогательной жидкости 2 образуются на поверхности 3 раздела жидкостей и поступают под действием центробежных сил к поверхности 1. Для возврата конденсата паров вспомогательной жикдости 2 к поверхности 1 теплообмена (фиг. 5) на поверхности 1 размещают капиллярную структуру 6, которая пропитана вспомогательной жидкостью 2. Пузьфи пара вспомогательной жидкости 2, которые образуются на поверхности 1, поступают в объем основной жидкости 4,

которую охлаждают, например, с помощью змеевика 7.

Пузыри 5 пара вспомогательной жидкости 2 конденсируются в объеме основной жидкости 4 и при плотности вспомогательной жидкости 2 большей, чем основной, конденсат опускается вниз и образует слой вспомогательной жидкости 2. Далее конденсат под действием капиллярных сил поступает к поверхности 1 теплообмена. При плотности вспомогательной жидкости 2, меньшей, чем основной, конденсат поступает вверх и далее с помощью капиллярных сил к поверхности 1 теш1ообмена. Кроме того, размещение капиллярной структуры 6 на поверхности 1 теплообмена дает более интенсивное кипение, чем на гладкой поверхности.

Для лучщёгр разделения основной и вспомогательной жидкостей капиллярную структуру выполняют из материала :с гидрофобными свойствами цля основной и гидрофильными для вспомогательной жидкостей. Например, при исполь- 25

зовании в качестве основной жидкости воды, а вспомогательной - фреона и капиллярной структуры из фторопласта вспомогательная жидкость (фреон) имеет краевой угол смачивания фторо-«- зо пласта меньше 90®, а вода - больще 90 . Поэтому фреон будет поступать

по капиллярам структуры к поверхности теп.пообмена, а вода не будет.

Для стабилизации температуры основной жидкости 4 ниже температуры ее кипения между поверхностью 1 и основной жидкостью 4 размещают вспомогательную жидкость 2 с температурой кипения при данном давлении, равной температуре стабилизации. Пузьфи 5 пара вспомогательной жидкости 2 образуются на поверхности 1, всплывают и перемешивают слой основной жидкости 4, при этом происходит интенсивный теплообмен между паром и основной жидкостью с конденсацией части пара. Далее остальной пар конденсируют, например, вне объема основной жидкости в конденсаторе 8 и возвращают в слой вспомогательной жидкости, при этом обеспечивают толщину слоя вспомогательной жидкости более пяти отрывных диаметров пузьфей ее пара. Последнее условие выбрано для того, чтобы не было части к поверхности 1.

Предлагаемый способ позволяет осуществлять интенсивньм теплообмен как с нагревом, так и с охлаждением основной жидкости, причем не требуется составления эмульсий или растворов основной и вспомогательной жидкостей. тичного поступления основной жидкосJ X X V у У x.

Фиг.г

Фиг.З 6 /Лхух/х у / / / / / / /////////

1. СПОСОБ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ЖВДКОСТЬЮ И ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДОГО ТЕЛА путем размещения у этой поверхности вспомогательной жидкости, имеющей при передаче тепла от поверхности к основной жидкости температуру кипения при рабочем давлении ниже рабочей температуры поверхности, но вьппе рабочей температуры указанной основной жидкости, меньшей ее температуры кипения, отличающийс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей при осуществлении теплообмена в поле массовых сил, в качестве жидкостей для теплообмена используют несмешивающиеся жидкости, а сам процесс теплообмена ведут также и в обратном направлении, при передаче тепла от основной жидкости к поверхности, при этом вспомогательную жидкость выбирают с плотностью, меньшей чем у основной, и с температурой кипения соответственно выше и ниже рабочих температур поверхности и основной жидкости, а при передаче тепла от поверхности к основной жидкости в направлении, противоположном направлению массовых сил, соотношение плотностей жидкостей изменяют на обратное. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что в процессе теплообмена для создания массовых сил основной жидкости придают вращательное или вращательно-поступао ф тельное движение. 3.Способ по п. 1, отлича(Л ющийся тем, что при передаче тепла в прямом направлении и при вертикальном или наклонном положениях поверхности на последней размещают капиллярно-пористую структуру, ЬЧ обладающую большей смачиваемостью 1C вспомогательной жидкостью, чем осvl новной.. о ел 4.Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспесо чения стабилизации температуры основной жидкости, вспомогательную жидкость выбирают с температурой кипения, равной температуре стабилизации, и осуществляют конденсацию пара вспомогательной жидкости во внешнем циркуляционном контуре с возвратом конденсата к поверхности теплообмена при толщине слоя вспомогательной жидкости на поверхности, превьш1ающей пять отрывных диаметров паровых пузырей.

/////у////////////////// / /

.

i с

/хДо - - - -

.м.

ооо

о - о

ФигЛ

Ч.

fut.S

ffY fffff/lf /f////

г.6