Поверхность теплообмена Советский патент 1993 года по МПК F28F13/18 

Изобретение относится к тепло- и хла- дотехнике, а именно к поверхностям теплообмена.

Известна поверхность, которая представляет собой регулярный искусственный микрорельеф из центров парообразования.

Недостатком этого микрорельефа является то, что при низких плотностях тепловых потоков он малоэффективен. При использовании его на ребрах или шипах, увеличение теплоотдачи будет иметь место только в нижней части, тогда как вблизи вершины коэффициент теплоотдачи будет ненамного превышать «от гладкой поверхности.

Известна поверхность, которая состоит из выступов в виде ребер или шипов, на которые нанесено пористое покрытие.

Эта теплообменная поверхность, содержащая ребра (или шипы) с пористым покрытием, работает следующим образом. При тепловыделении на данной теплооб- менной поверхности во время погружения ее в жидкость имеет место кипение, сопровождающееся отводом от теллообменной поверхности теплоты.

Недостатком известной теплообменной поверхности является то, что при высоких плотностях теплового потока в нижней половине ребра или шипа, имеющего пористое покрытие и таким образом реализующего высокие температурные напоры (согласно кривой кипения), может иметь место запаривание пористого покрытия, которое в свою очередь ведет к снижению интенсивности теплоотдачи при кипении в нижней половине ребра или шипа, и. соответственно, всей теплообменной поверхности в целом.

Недостатком следует считать и малый коэффициент теплоотдачи при кипении в области тепловых потоков,близких к критическим, т.к. такое пористое покрытие не обеспечивает увеличение интенсивности теплоотдачи при больших плотностях теплового потока.

ел

С

VI

о°

00

N Ю

ел

Из известных поверхностей наиболее близкой по назначению и технической сущности является поверхность теплообмена, принимаемая за прототип. Эта теплообмен- ная поверхность содержит ребра или шипы, на поверхности которых нанесено пористое покрытие с переменной толщиной, причем с ее плавным увеличением от основания ребра к ее вершине.

Переменная толщина пористого покрытия позволяет наилучшим образом реализовать свойства поверхностей с пористыми покрытиями. Для больших плотностей тепловых потоков, которые имеют место в нижней части ребра, лучше использовать поверхности с тонким пористым слоем, а для малых плотностей тепловых потоков более предпочтительны толстослойные покрытия.

Недостатком этой поверхности следует считать ухудшение теплопередающей способности при достаточно больших плотностях тепловых потоков. С ростом теплового потока возрастают плотности тепловых потоков и в нижней части ребра и с их увели- чением начинается запаривание даже очень тонкого пористого покрытия. Именно это и вызывает ухудшение теплопередающей способности теплообменной поверхности.

Целью изобретения является повыше- ние теплопередающей способности поверхности теплообмена.

Указанная цель достигается тем, что на поверхности теплообмена, содержащей ребра, боковые поверхности которых снабже- ны пористым покрытием с увеличением по толщине к вершине ребра, упомянутое покрытие размещено только в верхней части ребра. Части ребра без покрытия имеют регулярный микрорельеф.

Наличие участка ребра или шипа с микрорельефом в нижней части позволяет наилучшим образом интенсифицировать теплоотдачу в области больших тепловых потоков. Т.к. плотность теплового потока на поверхности ребра (шипа) уменьшается от основания к вершине, то наиболее эффективным оказывается размещение поверхности с регулярным микрорельефом в нижней части, а с пористым покрытием переменной толщины - в верхней. При этом в случае больших плотностей тепловых потоков в нижней части ребра, например. 1,5-2,0 qKp (при которых даже тонкослойное покрытие малоэффективно) наблюдается устойчивое кипение и большой коэффициент теплоотдачи.

Поэтому и теплопередающая способность всей поверхности теплообмена высока.

На фиг. 1 изображена известная тепло- обменная поверхность; на фиг. 2 - предлагаемая поверхность; на фиг.З представлены результаты опытов.

Поверхность теплообмена содержит ребра или шипы 1, а пористое покрытие 2 на поверхности ребер или шипов выполняют переменной толщиной, у основания ребер или шипов, где покрытие отсутствует, имеется микрорельеф 3 (выполнена виброобработка).

Изобретение осуществляется следующим образом. При тепловыделении на данной теплообменной поверхности во время ее погружения в жидкость начинается кипение последней. Температура по высоте ребра или шипа уменьшается от основания ребра или шипа к его вершине. В нижней половине ребра или шипа 1 реализуется часть ветви кривой кипения, связанной с высокими температурными напорами и большими плотностями теплового потока. Нижняя поверхность ребра или шипа выполнена с интенсифицирующим кипение микрорельефом или микрооребрением. В этом случае исключается возможность запа- ривания нижней половины ребра или шипа 1, что повышает интенсивность теплообмена в этой области, а на верхней половине ребра или шипа, которая работает в области малых температурных напоров,имеет место высокая интенсивность теплоотдачи за счет переменной, увеличивающейся к вершине, толщины пористого покрытия.

Положительный эффект, получаемый при использовании данной теплообменной поверхности, по сравнению с прототипом, заключается в следующем: повышается плотность теплового потока, передаваемого теплообменной поверхностью в кипящую жидкость, так как исключается возможность запаривания нижней половины ребра или шипа; при равных с прототипом отводимых плотностях теплового потока снижается температура в основании ребра или шипов, так как увеличивается интенсивность теплоотдачи в нижней половине ребра или шипа.

Достигаемый эффект подтверждается результатами экспериментов, которые приведены на фиг. 3.

Линия.1 относится к ребру (шипу) с пористым покрытием поверхности, а линия 2 - с виброобработкой нижней части ребра (шипа). Результаты указывают на эффективность предлагаемой шипованной (оребренной) поверхности в области высоких тепловых потоков.

Таким образом предлагаемая поверхность теплообмена обладает следующими преимуществами по сравнению с прототипом: повышается отводимый тепловой поток; уменьшается температурный напор в основании ребра; обеспечивается возможность получения поверхностей с большим коэффициентом оребрения; увеличивается критическая плотность теплового потока для боковых поверхностей ребер или шипов.

Формула изо.бретения Поверхность теплообмена, содержащая ребра, верхние части боковых поверхностей которых снабжены пористым покрытием переменной толщины с увеличением к вершине ребра, отличающаяся тем, что, с целью повышения теплопередающей способности, нижние части боковых поверхностей ребер снабжены микрорельефом.

Использование: в тепло- и хладотехни- ке. Сущность изобретения: при тепловыделении на данной теплообменной поверхности во время ее погружения в жидкость начинается кипение последней, при этом температура по высоте ребра уменьшается от основания ребра к его вершине. Нижняя половина ребра работает в области высоких температурных напоров и выполнена с интенсифицирующим кипение микрорельефом, что исключает запаривание нижней половины ребра и повышает интенсивность теплообмена в этой области, а на верхней половине ребра, которая работает в области малых температурных напоров, высокая интенсивность теплоотдачи обеспечивается за счет переменной, увеличивающейся к вершине толщины пористого покрытия. 3 ил.