RU1776970C - Теплообменна поверхность - Google Patents

Abstract

Использование: теплообменные устройства . Сущность изобретени : теплообмен- на  поверхность 1 содержит элементы шероховатости в виде параллельных выступов 2 и расположенные между ними параллельно выступами 2 канавки 3. Выступы 2 расположены друг от друга на рассто нии S, относ щемус  к высоте выступа h 1,5 1,5 S/h 5. Канавки 3 расположены от выступов 2 на рассто нии, равном 1,5 h, и имеют глубину, равную высоте выступа 2. 1 ил. Ё

Description

/}апрй8ление потока /т елло//ошл &лв

VI Х|

О

о VI о

Изобретение относитс  к теплообмен- ным устройствам, в частности к поверхност м теплообмена, образующим плоские или трубчатые каналы с пр моугольным, круглым, кольцевым или иным поперечным сечением.

Известно, что снабжение поверхности теплообмена элементами шероховатости, выполненными в виде выступов, расположенных поперек потока теплоносител , движущегос  вдоль поверхности теплообмена , интенсифицирует теплообмен между потоком теплоносител  и шероховатой поверхностью стенки,  вл ющейс  одной из составных, образующих канал, через который перекачиваетс  теплоноситель.

Различают шероховатость двух основных типов - так называемого открытого и закрытого. Шероховатость открытого типа вызывает срыв пристенного сло  теплоносител  с элементов шероховатости, его диффундирование в направлении поверхности теплообмена, а затем присоединение к основному потоку теплоносител . Шероховатость закрытого типа вызывает циркул цию пристенного сло  теплоносител  в промежутках между элементами шероховатости без срыва пристенного сло  теплоносител  и его присоединени  к основному потоку теплоносител , Шероховатость открытого типа образуетс .при S/h 5, а закрытого - при S/h 5, где S - рассто ние между соседними элементами шероховатости; h - высота элементов шероховатости.

Как показали опыты, максимальна  интенсивность теплообмена, отнесенна  к единице шероховатой поверхности, достигаетс  при шероховатости открытого типа, а именно, при S/h 12-14.

Известна теплообменна  поверхности с шероховатостью закрытого типа, а именно , теплообменна  поверхность, состо ща  из гладкой поверхности, снабженной элементами шероховатости, расположенными друг от друга на относительном рассто нии - S/h 0,75-5.

Количество тепла, передаваемого через элемент теплообменной поверхности с определенными размерами и шероховатостью закрытого типа больше, чем тепло, передаваемое через элемент поверхности тех же размеров и с шероховатостью открытого типа . Это объ сн етс  тем, что шероховатость закрытого типа характеризуетс  меньшим шагом между соседними выступами, чем шероховатость открытого типа и, соответственно , развита  в первом случае теплообменна  поверхность, отнесенна  к единице длины этой поверхности в направлении потока теплоносител  больше, чем во втором случае.

Следует отметить, что предельна  высота элементов шероховатости, дальнейшее

увеличение которой не интенсифицирует теплообмен и ведет лишь к увеличению гидравлического сопротивлени , дл  теплообменной поверхности с шероховатостью как открытого, так закрытого типов, равн етс 

дес тикратной толщине ламинарного подсло  потока теплоносител  на гладкой поверхности при том же значении критери  Рейнольдса потока.

Теплообменнэ  поверхность закрытого

типа характеризуетс  неравномерностью степени интенсификации теплообмена, а именно, минимальна  интенсивность теп- лообменна наблюдаетс  в зонах, расположенных от элементов шероховатости

приблизительно на рассто нии 1,5 h, отмеренном от каждого элемента по направлению движени  потока теплоносител .

Это существенно снижает среднюю интенсивность теплообмена по всей шероховатой поверхности теплообмена.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  теплообменна  поверхность, содержаща  элементы

шероховатости в виде параллельных выступов и расположенные между ними канавки. Недостатком этой теплообменной поверхности  вл етс  недостаточно высока  интенсивность теплообмена.

Цель изобретени  - интенсификаци  теплообмена,

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известной теплообменной поверхности, содержащей элементы шероховатости в ви:

де параллельных выступов и расположенные между ними канавки, - при размещении выступов на рассто нии S, относ щемус  к высоте выступы h 1,5 S/h 5, канавки расположены параллельно выступам на рассто нии , равном 1,5 высоты выступа и имеют глубину, равную высоте выступа.

Экспериментальными исследовани ми установлено, что выполнение теплообменной поверхности с канавками интенсифицирует теплообмен за счет образовани  смерчеобразного вихр , восход щего от углублений, например, канавок. При этом как степень интенсификации теплообмена , так и оптимальное соотношение глубины

канавок к рассто нию между ними, т.е. безразмерный параметр , где д - глубина канавок,  вл ютс  величинами того же пор дка, что и дл  теплообменной поверхности с элементами шероховатости, выполненными в виде выступов. Канавки на 50% увеличивают теплообмен по сравнению с гладкой поверхностью.

Из вышеизложенного следует, что выполнение шероховатой теплообменной поверхности с канавками, расположенными параллельно элементам шероховатости на рассто нии от них I 1,5 п, где I - рассто ние , отмеренное от каждого элемента шероховатости до соседней канавки по направлению движени  потока теплоносител , обеспечивает интенсификацию теплообмена за счет совместного воздействи  на теплообмен двух эффектов - производимого элементами шероховатости в виде высту- пов, расположенных друг от друга на относительном рассто нии S/h 0,75-5 и канавками, выполненными на шероховатой теплообменной поверхности и расположенными параллельно выступам в одноименных точках теплообменной поверхности так, что дл  них тоже безразмерный параметр 0,75-5, где д - глубина канавок. Таким образом, наличие выступов и канавок с заданной геометрией обеспечивает двойную интенсификацию теплообмена, вызываемую выступами и канавками.

Канавки, выполненные в зонах с минимальной интенсивностью теплообмена, обеспечивают рост интенсивности локального теплообмена в этих зонах и, тем самым , - повышение интенсивности теплообмена в целом по всей теплообменной поверхности за счет увеличени  среднего значени  коэффициента теплоотдачи. Выполнение канавок между элементами шероховатости, в зависимости от конфигурации профил  канавок, примерно на 60- 80% увеличивает поверхность теплообмена и, соответственно, увеличивает количество тепла, передаваемого от теплообменной поверхности к теплоносителю, или наоборот . То же самое достигаетс  и за счет уменьшени  средней толщины стенки с канавками в сравнении со стенкой без канавок . В местах размещени  канавок, где толщина стенки минимальна, минимально и термическое сопротивление стенки, что обуславливает повышение температуры теплообменной поверхности в указанных местах и, соответственно, увеличение количества тепла, передаваемого через стенку в этих местах.

На чертеже изображена предлагаема  теплообменна  поверхность 1, продольный разрез.

Описываема  теплообменна  поверхность 1 содержит поперечные (относительно потока теплоносител ) элементы

шероховатости, выполненные в виде выступов 2, а также канавки 3, расположенные параллельно выступам 2. При этом выступы 2 расположены друг от друга на относитель- ном рассто нии S/h 0,75-5. где S - шаг между выступами 2, a h - высота выступов 2, Геометри  канавок 3 такова, что дл  них, так же, как и дл  выступов 2, S/ д 0,75-5, где д - глубина канавок 3. Рассто ние между каждым из выступов 2 и соседней канавкой 3, отмеренное по направлению движени  теплоносител . I 1,5h.

Создание элементов шероховатости в виде выступов 2, как правило, осуществл етс  путем намотки проволоки на токарном станке. Такой способ создани  искусственной шероховатости особенно упрощает тех- нологию изготовлени  предлагаемой теплообменной поверхности 1, когда последн   имеет цилиндрическую форму, наиболее распространенную на практике, например, в кожухотрубных теплообменниках . Способы создани  искусственной шероховатости с помощью проволоки нашли

широкое применение на практике и освоено их серийное применение в промышленности .

Предложенна  теплообменна  поверхность 1 работает следующим образом.

При омывании теплообменной поверхности 1 потоком теплоносител  происходит циркул ци  пристенного сло  теллоносите- л  в промежутках между выступами 2, что приводит к частичному разрушению пристенного сло  теплоносител , так называемого ламинарного или в зкого подсло . Частичное разрушение пристенного сло  снижает его термическое сопротивление,  вл ющеес  основным в потоке теплоносител  и, соответственно, интенсифицирует теплообмен между поверхностью 1 и потоком теплоносител . В канавках 3, расположенных параллельно выступам 2 в зонах , где интенсивность теплообмена

минимальна, а именно в зонах, расположенных от выступов 2 приблизительно на рассто нии 1,5h, отмеренном от каждого выступа 2 по направлению движени  потока теплоносител , образуетс  смерчеобразный вихрь, направленный вверх по нормали поверхности 1 в потоке теплоносител , что приводит к интенсивному перемешиванию потока и, тем самым, увеличению теплообмена между поверхностью 1 и потоком теплоносител . Предлагаема  теплообменна  поверхность 1 с заданными шириной и соотношением S/h 0,75-5, отнесенна  к единице длины этой поверхности, и количество тепла, передаваемого через эту поверхность , соответственно больше, чем поверхность с теми же габаритными размерами с S/h 12-14, при котором достигаетс  максимальна  интенсивность теплообмена на единицу поверхности, и количество тепла, передаваемого через эту поверхность. Выполнение канавок еще больше увеличивает теплообменную поверхность (примерно на 40-60% по сравнению с поверхностью, характеризующейс  параметров S/h - 12-14). отнесенную к единице длины этой поверхности и, соответственно, количество тепла, передаваемого через эту поверхность. На основании вышеизложенного заключаем, что применение предлагаемой поверхности в теплообменном аппарате при заданной теплопроизводительности и энергии, затрачиваемой на прокачку теплоносител , обеспечивает компактность за счет уменьшени  габаритных размеров аппарата. С другой стороны, при неизменных габаритных размерах теплообменного аппарата и энергии, затрачиваемой на прокачку теплоносител , обеспечиваетс  увеличение теплопроизводительности аппарата. Однако удельна  металлоемкость предлагаемой теплообменной поверхности несколько больше, чем у поверхности с S/h 12-14.

Кроме того, очистка предлагаемой поверхности несколько затруднена из-за относительно короткого шага между выступами. Здесь же Следует отметить и то. что применекие предлагаемой поверхности в теплообменнике , помимо улучшени  теплотехнических характеристик, обеспечивает улучшение эксплуатационных условий теплообменника за счет уменьшени  интенсивности образовани  отложений на теплообменной поверхности вследствие возросшей турбулизации пристенного сло  потока теплоносител .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Теплообменна  поверхность, содержаща  элементы шероховатости в виде параллельных выступов и расположенные между ними канавки, отличающа с  тем, что, с целью интенсификации теплообмена при размещении выступов на рассто нии S, относ щемус  к высоте выступа h 1,5 SS/h 5. канавки расположены параллельно выступам на рассто нии, равном 1,5 высоты выступа, и имеют глубину, равную высоте выступа.