RU223438U1 - Развитая теплообменная поверхность - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области теплотехники и может быть использована для создания теплообменных устройств. Развитая теплообменная поверхность содержит поверхность теплообмена (1), на одной из сторон которой вдоль продольных осей (2), равноудаленных друг от друга в поперечном сечении на S₁, выполнено оребрение в виде зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками (3), а в продольном направлении зигзагообразные стенки прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками (3) смещены друг относительно друга на S₂. Между этими ребрами располагаются сходяще-расходящиеся каналы (4) с шириной проходного сечения от W₁ до W₂, в широкой части которых предустановлены плавниковообразные штырьки (5), с противоположных сторон имеющие входную острую кромку (6) и выходную острую кромку (7). Плавникообразные штырьки (5) имеют такую форму, что их наиболее широкая часть располагается по центру участка сходяще-расходящегося канала (4), переходящего из конфузора в диффузор, и имеет ширину W₃, а расстояние от центра O₁ вписанной в плавниковообразный штырек (5) окружности до острых кромок (6) и (7) одинаково и составляет l₁. При этом контур плавниковообразного штырька (5) повторяет контур зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками (3), образуя два малых канала с постоянной площадью проходного сечения (8). Технический результат заключается в снижении гидравлического сопротивления теплообменной поверхности. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к области теплотехники и может быть использована для создания теплообменных устройств.

Известна развитая теплообменная поверхность, содержащая поверхность теплообмена, на которой вдоль продольных осей выполнено оребрение в виде зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками, образующими сходяще-расходящиеся каналы (Islamoglu Y. Effect of rounding of protruding edge on convection heat transfer in a converging-diverging channel //International communications in heat and mass transfer. - 2008. - Т. 35. - №. 5. - С. 643-647.).

Основной недостаток данного технического решения заключается в низкой интенсивности теплообмена.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели является развитая теплообменная поверхность, содержащая поверхность теплообмена, выполненная с оребрением в виде зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками, образующими сходяще-расходящиеся каналы, в широкой части которых предустановлены плавниковообразные штырьки (Патент на изобретение № 2779816, опубл. 13.09.2022, МПК F28F 13/02).

Основной недостаток данного технического решения заключается в больших затратах энергии при прокачке теплоносителя в диапазоне числа Рейнольдса Re, равного 40000-100000.

Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в снижении затрат энергии при прокачке теплоносителя в диапазоне числа Re, равного 40000-100000, за счет изменения конфигурации поверхности развитой теплообменной поверхности (РТП).

Технический результат заключается в снижении гидравлического сопротивления теплообменной поверхности.

Это достигается тем, что в развитой теплообменной поверхности, содержащей поверхность теплообмена, на которой вдоль продольных осей выполнено оребрение в виде зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками, образующими сходяще-расходящиеся каналы, в которых расположены плавниковообразные штырьки, наиболее широкая часть плавниковообразных штырьков расположена по центру участка сходяще-расходящегося канала, переходящего из конфузора в диффузор, плавниковообразный штырек имеет две острые кромки, расстояние от центра вписанной в плавниковообразный штырек окружности до острых кромок одинаково, при этом контур плавниковообразного штырька повторяет контур зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками, образуя два малых канала с постоянной площадью проходного сечения.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена РТП, на фиг. 2 представлен разрез А-А РТП, на фиг. 3 изображен участок РТП с плавниковообразным штырьком.

Развитая теплообменная поверхность содержит поверхность теплообмена 1, на одной из сторон которой вдоль продольных осей 2, равноудаленных друг от друга в поперечном сечении на S₁, выполнено оребрение в виде зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками 3, а в продольном направлении зигзагообразные стенки прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками 3 смещены друг относительно друга на S₂. Между этими ребрами располагаются сходяще-расходящиеся каналы 4 с шириной проходного сечения от W₁ до W₂, в широкой части которых предустановлены плавниковообразные штырьки 5, с противоположных сторон имеющие входную острую кромку 6 и выходную острую кромку 7. Плавникообразные штырьки 5 имеют такую форму, что их наиболее широкая часть располагается по центру участка сходяще-расходящегося канала 4, переходящего из конфузора в диффузор, и имеет ширину W₃, а расстояние от центра O₁ вписанной в плавниковообразный штырек 5 окружности до острых кромок 6 и 7 одинаково и составляет l₁, при этом контур плавниковообразного штырька повторяет контур зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками 3, образуя два малых канала с постоянной площадью проходного сечения 8. Отношение поперечного шага расположения S₁ зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками 3 к продольному шагу S₂ находится в диапазоне от 0,8 до 1,0. Отношение ширин широкой части проходного сечения W₂ сходяще-расходящегося канала 4 к узкой части проходного сечения W₁ сходяще-расходящегося канала 4 находится в диапазоне от 1,7 до 1,9. Отношение ширины проходного сечения сходяще-расходящего канала 4 W₁ и ширины плавниковообразного штырька 5 W₃ составляет 1,4-1,6. Угол входных и выходных острых кромок 6 и 7 относительно продольной оси 2 α₁ составляет 18°-21°.

Для оребренной стороны развитой теплообменной поверхности рабочая среда является газообразной.

Данную развитую теплообменную поверхность можно использовать в любом теплообменном устройстве, включая охлаждаемые каналы, пластинчатые теплообменники и т.д.

Развитая теплообменная поверхность работает следующим образом.

В рабочем процессе газообразная среда обтекает оребренную сторону поверхности теплообмена 1 в сходяще-расходящихся каналах 4, принимая или передавая через нее тепловой поток. При натекании газообразной среды на плавниковообразные штырьки 5 со стороны острой кромки 6 поток разделяется и, протекая по малым каналам с постоянной площадью проходного сечения 8, прижимается к зигзагообразным стенкам прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками 3, исключая тем самым застойные зоны в широкой части сходяще-расходящихся каналов 4.

Указанное сочетание сходяще-расходящихся каналов 4 и плавникообразных штырьков 5 с острыми кромками 6 и 7 позволяет значительно снизить затраты энергии при прокачке теплоносителя в диапазоне числа Рейнольдса, равного 40000-100000, по сравнению с прототипом. Значительное снижение затрат энергии при прокачке теплоносителя на поверхности теплообмена 1 вызвано, прежде всего, снижением турбулентных процессов в острой кромке плавникообразного штырька.

В результате проведения численного эксперимента определено снижение затрат энергии при прокачке теплоносителя в поверхности теплообмена 1. При сравнении РТП, на которой выполнено оребрение в виде зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками с предустановлеными каплевидными штырьками 5 с входной острой кромкой 6 и выходной острой кромкой 7, и РТП, на которой выполнено оребрение в виде зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками с предустановлеными каплевидными штырьками с входной тупой кромкой и выходной острой кромкой, согласно прототипу, выявлено, что число тепло-гидравлического коэффициента η предлагаемого технического решения при работе теплообменного устройства в диапазонах чисел Re от 40000 до 100000 на 7,6-24.2% выше по сравнению с прототипом, что обуславливает более низкие затраты энергии для прокачки теплоносителя. Кроме того, установлено, что гидравлическое сопротивление снизилось на 18-39%.

Столь значительный рост тепло-гидравлических характеристик теплообменника вызван, прежде всего, снижением турбулентности потока теплоносителя в диапазонах чисел Re от 40000 до 100000. Структура потока принципиально меняется. Поток, натекающий на плавниковообразные штырьки 5 с входной острой кромкой 6 и выходной острой кромкой 7 более плавно перенаправляется к зигзагообразным стенкам прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками 3, из-за чего снижаются гидравлические потери в канале поверхности теплообмена 1, снижая тем самым затраты энергии на прокачку теплоносителя.

Использование полезной модели позволяет снизить затраты энергии для прокачки теплоносителя при работе теплообменного устройства в диапазонах чисел Re от 40000 до 100000 за счет снижения гидравлического сопротивления в плавникообразных штырьках.

Claims (1)

1. Развитая теплообменная поверхность, содержащая поверхность теплообмена, на которой вдоль продольных осей выполнено оребрение в виде зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками, образующими сходяще-расходящиеся каналы, в которых расположены плавниковообразные штырьки, отличающаяся тем, что наиболее широкая часть плавниковообразных штырьков расположена по центру участка сходяще-расходящегося канала, переходящего из конфузора в диффузор, плавниковообразный штырек имеет две острые кромки, расстояние от центра вписанной в плавниковообразный штырек окружности до острых кромок одинаково, при этом контур плавниковообразного штырька повторяет контур зигзагообразных стенок прямоугольного поперечного сечения с закругленными кромками, образуя два малых канала с постоянной площадью проходного сечения.