Теплообменный канал Советский патент 1992 года по МПК F28F3/02 

Фиг. 1

Изобретение относится к теплообмен- ным каналам с чередующимися диффузор- ными и конфузорными участками. В теплообменных устройствах такие каналы с периодически расширяющимся сечением образуются, например, заключенной в гофрированном кожухе плоской или цилиндрической теплообменной поверхностью и предназначены для движения теплоносителя вдоль этой поверхности.

Известен теплообменный канал типа диффузор-конфузор, содержащий не менее двух теплообменных элементов в виде вставок теплообменника, представляющих собой пластины с волнистостями, стенки которых образуют канал(ы) для прохода теплоносителя. По длине стенок разнесены выступы и выемки, сгруппированные парами и чередующиеся с плоскими участками. Выемки одной стенки расположены напротив выемок соседней стенки. Аналогично расположены и выступы. Благодаря выступам и выемкам поток теплоносителя претерпевает периодическое дросселирование, что интенсифицирует теплообмен 1, 2.

Такими теплообменными каналами не обеспечивается достаточно интенсивный теплообмен в местах расширения каналов, что главным образом обусловлено снижением скорости движения теплоносителя в этих местах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является теплообменный канал, содержащий стенки с чередующимися диф- фузорными и конфузорными участками, образующими гофры. Данное техническое решение представляет собой теплообмен- ную трубу с периодическим расширением и сужением проходного сечения 3.

Интенсивность конвективного теплообмена в таком канале как внутри потока теплоносителя, так и между теплоносителем и одной из стенок канала (теплоотдача) в основном зависит от степени возмущений, возникающих в потоке теплоносителя из-за периодического расширения и сужения проходного сечения канала. В соответствии с геометрией диффузор-конфузорного канала, движение теплоносителя характеризует- ся периодическим замедлением и ускорением, что приводит к неравномерной интенсивности теплоотдачи вдоль потока теплоносителя. В частности, в расширенных зонах канала средняя скорость теплоносителя и, соответственно, интенсивность теплоотдачи сравнительно меньше, чем в суженных зонах.

Из вышеизложенного следует, что основным недостатком теплообменного канала, содержащего стенки с чередующимися диффузорными и конфузорными участками, образующими гофры, является недостаточно высокая интенсивность теплоотдачи.

Целью изобретения является увеличение интенсивности теплоотдачи.

Поставленная цель достигается тем, что в известном теплообменном канале, содержащем стенки с чередующимися диффузор0 ными и конфузорными участками, образующими гофры, гофрированной выполнена одна стенка канала, а другая снабжена элементами шероховатости.

Кроме того, длина участков стенки.

5 снабженных элементами шероховатости, составляет половину расстояния между соседними расширениями и сужениями канала,

Выполнение одной стенки канала типа

0 диффузор - конфузор гофрированной и снабжение другой стенки в местах расширения канала элементами шероховатости так, чтобы длина участков стенки, снабженных элементами шероховатости, составляла по5 ловину расстояния между соседними расширениями и сужениями канала, обеспечивает локальное повышение интенсивности теплоотдачи в местах расширения, что повышает среднюю интенсивность теплоотдачи в ц$лом

0 по всему каналу.

Как показали экспериментальные исследования, оптимальная длина участков стенки, снабженных элементами шероховатости, составляет половину расстояния

5 между соседними расширениями и сужениями канала.

При такой геометрии достигается наиболее оптимальное соотношение прироста теплоотдачи и гидравлического сопротивле0 ния.

Изобретение поясняется фиг.1 и 2. На фиг,1 схематично изображен тепло- обменный канал 1 типа диффузор - конфузор между гофрированной стенкой 2 и

5 стенкой 3, снабженной элементами 4 шерехо- ватости в местах 5 расширения канала1. Как видно из фиг.1, длина I участков стенки 3, снабженных элементами 4 шероховатости, составляет половину расстояния 2 между

0 соседними расширениями 5 и сужениями канала 1.

На фиг.2 показаны различные формы элементов 4 шероховатости, расположенных на стенке 3.

5 Лабораторными исследованиями, проведенными рядом авторов (см. например Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977, с.294), оптимальный относительный (безразмерный) шаг между элементами 4 шероховатости

S (12-14)h,

где S - шаг между элементами 4;

h - высота элементов 4.

Согласно литературным данным (Калинин Э.К., Ярхо С.А. Влияние чисел Рейноль- дса и Прандтля на эффективность интенсификации теплообмена в трубе. ИРЖ, т.11, Ns 4, с.426-431) оптимальной является высота h элементов 4 шероховатости, равная толщине пристенного слоя теплоносителя в гладкой трубе, в которой при данном значении чисел Рейнольдса Re и Прандтля Рг сосредотачивается 99% общего температурного напора, При этом формула для расчета оптимальной относительной высоты имеет вид

h/d3

575

Rea875Pr° 5

где da - эквивалентный диаметр канала 1.

Следует отметить, что форма элементов 4 шероховатости при фиксированном S/h и h/da не влияет на теплоотдачу(Павловский В.Г. К вопросу о влиянии конфигурации тур- булизаторов на тепловую эффективность поверхности стенки кан ала. ИФЖ, 1969, т.ХУН(42), № 1, с. 155-159). Наилучшая геометрия шероховатой внутренней поверхности стенки 3 с точки зрения гидравлического сопротивления, т.е, наилучшая форма эле ментов 4 шероховатости, которая при других равных условиях создает наименьшее гидравлическое сопротивление, - полукруглая (см. вариант 1П на фиг.2) (Lewis M.T, Optimising the Thermohydravlic Performans of Rough Surface Int. F.Heat and Mass ; Transfer, 1975, vol.1P, p.1243-1248).

Теллообменный канал 1 типа диффузор - конфузор работает следующим образом.

Поток теплоносителя, движущегося через канал 1 переменного поперечного сечеа,

10

15

20

25

30

35

40

45

имя, испытывает воздействие переменного статического давления, служащего источником возмущений в потоке, что приводит к увеличению теплоотдачи в целом. При этом элементы 4 шероховатости, размещенные в местах 5 расширения канала 1, дополнительно турбулизируют пристенный слой теплоносителя, что еще более увеличивает теплоотдачу в местах 5 расширения канала 1. Предлагаемая конфигурация теллооб- менного канала 1 между гофрированной стенкой 2 и стенкой 3, снабженной элементами 4 шероховатости, расположенными в местах 5 расширения канала 1 так, что длина участков стенки 3, снабженных элементами 4 шероховатости, составляет половмну расстояния между соседними расширениями 5 и сужениями канала 1, обеспечивает существенное увеличение теплоотдачи по длине канала вдоль направления потока теплоносителя при наиболее целесообразном соотношении прироста теплоотдачи и гидравлического сопротивления. Кроме того, относительное выравнивание теплоотдачи по длине канала 1 приводит к уменьшению локальных термических напряжений в местах 5 расширения канала 1, что особенно важно при высоких тепловых потоках

Формула изобретения

1.Теплообменный канал, содержащий стенки с чередующимися диффузорными и конфузориыми участками, образующими гофры, отличающийся тем, что, с целью увеличения интенсивности теплоотдачи, гофрированной выполнена одна стенка канала, а другая снабжена элементами шероховатости.

2.Канал по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что длина участков стенки, снабженных элементами шероховатости, составляет половину расстояния между соседними расширениями и сужениями канала.

/

-z.

Г

ЈJ

Ј

/

///// У///. //./..

Ры.2 .

Использование: в теплотехнике. Сущность изобретения: одна из стенок 2 канала выполнена гофрированной. Другая стенка 3 снабжена элементами 4 шероховатости. Канал 1 имеет чередующиеся диффузорные и конфузорные участки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. Ё