RU2649164C1 - Устройство для испарения жидкости - Google Patents
Устройство для испарения жидкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2649164C1 RU2649164C1 RU2016152538A RU2016152538A RU2649164C1 RU 2649164 C1 RU2649164 C1 RU 2649164C1 RU 2016152538 A RU2016152538 A RU 2016152538A RU 2016152538 A RU2016152538 A RU 2016152538A RU 2649164 C1 RU2649164 C1 RU 2649164C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- liquid
- gas
- evaporation
- cavity
- rectangular shape
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 title abstract description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 16
- 230000005499 meniscus Effects 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000005486 microgravity Effects 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000008698 shear stress Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28C—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
- F28C3/00—Other direct-contact heat-exchange apparatus
- F28C3/06—Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/02—Evaporators
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения, в частности, может быть использовано в устройствах дозирования газов, а также может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности. В устройстве для испарения жидкости, содержащем мини- или микроканал для протока газа, в нижней стенке которого имеется каверна с жидкостью прямоугольной формы, согласно изобретению в нижней стенке канала на границе раздела газ-жидкость содержится решетка, состоящая из продольных ребер прямоугольной формы, причем верхняя грань ребра имеет продольную канавку треугольной формы. Технический результат - повышение интенсивности испарения, снижение металлоемкости испарителей. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроении, в частности, может быть использовано в устройствах дозирования газов, а также может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей и других областях промышленности.
В ряде случаев в промышленности необходимо при относительно невысокой температуре испарить некоторый объем жидкости. Часто такое испарение происходит в поток газа другой жидкости или в воздух. Так, в дозаторах газа к основному потоку газа, например азота, воздуха или аргона, подмешивается строго определенная концентрация другого газа, например водяного пара, этилового спирта или фреона. Причем последний образуется за счет испарения некоторого количества жидкости.
Наиболее близкое техническое решение описано в статье (Lyulin Y.V. and Kabov О.А., Measurement of the Evaporation Mass Flow Rate in a Horizontal Liquid Layer Partly Opened into Flowing Gas, Technical Physics Letters, vol. 39, No. 9, pp.795-797, 2013; Scheid В., Margerit J., Iorio C.S., Joannes L., Heraud M., Queeckers P., Dauby P.C., Colinet P. // Experiments in Fluids. 2012. V. 52. P. 1107-1119), в котором газ прокачивается в плоском мини- или микроканале, в нижней стенке которого имеется каверна с жидкостью. Уровень жидкости либо поддерживается постоянным с помощью специальных устройств, либо может изменяться и быть выпуклым в газовую фазу или вогнутым в каверну.
Недостатком данного устройства является сравнительно низкая интенсивность удельного испарения (кг/м2с), которая слабо зависит от скорости газа и снижается с увеличением размера каверны (Yu. V. Lyulin, D.V. Feoktistov, I.A. Afanas'ev, E.S. Chachilo, O.A. Kabov and G.V. Kuznetsov, Measuring the Rate of Local Evaporation from the Liquid Surface under the Action of Gas Flow, Technical Physics Letters, vol. 41, No. 7, pp. 665-667, 2015.). Например, в работе (Lyulin Y.V. and Kabov O.A., Evaporative convection in a horizontal liquid layer under shear-stress gas flow, Int. J. of Heat and Mass Transfer, Vol. 70, pp. 599-609, 2014) получена зависимость расхода испарения Q от скорости газа U:
Q ~ U0.15
Другим недостатком этого устройства является то, что оно может работать только при положении, близком к горизонтальному. При существенном отклонении от горизонтального положения жидкость может вытекать из каверны, что приводит к нестационарному испарению.
Задачей заявляемого изобретения является повышение интенсивности испарения, повышение эффективности системы в целом, снижение металлоемкости испарителей, обеспечение их работы на транспортных средствах.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для испарения жидкости, содержащем мини- или микроканал для протока газа, в нижней стенке которого имеется каверна с жидкостью прямоугольной формы, согласно изобретению в нижней стенке канала на границе раздела газ-жидкость содержится решетка, состоящая из продольных ребер прямоугольной формы, причем верхняя грань ребра имеет продольную канавку треугольной формы.
Решетка разделяет относительно большую поверхность границы раздела газ-жидкость на микро- или мини-ячейки и тем самым интенсифицирует испарение. Интенсификация достигается за счет образования значительного количества контактных линий газ-жидкость-твердое тело.
На фиг. 1 показано устройства для испарения жидкости (вид сверху). На фиг. 2 показан поперечный разрез ребер решетки.
1 - поток газа, 2 - каверна с жидкостью, 3 - ребра решетки (n=5), 4 - выход парогазовой смеси, 5 - испаряющаяся жидкость, 6 - мениск жидкости, 7 - контактная линия газ-жидкость-твердое тело, 8 - продольная канавка.
Устройство работает следующим образом.
Поток газа 1 поступает в мини- или микроканал. Решетка 3 разделяет относительно большую поверхность границы раздела газ-жидкость на микро- или мини-ячейки и тем самым интенсифицирует испарение. Интенсификация достигается за счет образования значительного количества контактных линий газ-жидкость-твердое тело 7 (фиг. 2б). Как показано в работах (М. Potash Jr., P. Wayner Jr., Evaporation from a twodimensional extended meniscus, Int. J. HeatMassTransfer, 15(10), pp. 1851-1863, 1972; P. Stephan, C. Busse, Analysis of the heat transfer coefficient of grooved heat pipe evaporator walls, Int. J. Heat Mass Transfer, 35(2), pp. 383-391, 1992), именно в этой локальной области происходит существенная интенсификация теплообмена и испарения. Интенсификация связана с наличием сверхтонкой пленки жидкости в данной области, а также интенсивной микроциркуляцией жидкости, вызванной поверхностными силами в данной области. Данная область часто называется микрорегионом. В некоторых работах интенсификация теплообмена в микрорегионе достигалась до 10 и более раз (Vladimir S. Ajaev, Oleg A. Kabov, Heat and mass transfer near contact lines on heated surfaces, Int. J. of Heat and Mass Transfer, 2017). В работе авторов (A.L. Karchevsky, I.V. Marchuk and O.A. Kabov, Calculation of the heat flux near the liquid-gas-solid contact line, Applied Mathematical Modeling, 40, pp. 1029-1037, 2016) экспериментально получена нитрификация теплообмена в 3-5 раз.
Степень увеличения длины контактных линий определяется параметром:
N=(2(A+B)+2nA)/(2(А+В)
Здесь А и В - размеры полости с жидкостью, n - число ребер в решетке. Если А=В и n=10, то N=1+n/2=6.
В случае недостаточного уровня испаряющейся жидкости 5 (фиг. 2а) мениск 6 находится между ребрами. В случае переполнения каверны жидкости, пульсаций расхода, существенного отклонения устройства от горизонтального и т.п. точки контактной линии фиксируются на канавке, фиг. 2б. При этом мениск жидкости становится выпуклым.
Механизм смачивания капиллярной канавки и «зацепления» контактных линий на поверхности с микроканавками рассмотрен в работе (Gibbs, J.W. The Collected Works of J. Willard Gibbs; Yale University Press: New Haven, CT, 1961; vol. 1, p. 326). Установлено, что жидкость зацепляется за микроканавку, если краевой угол смачивания не превышает θс. Критический краевой угол смачивания можно определить по следующей формуле:
θс=(180°-ϕ)+θе
Здесь ϕ - угол между верхней гранью ребра и гранью микроканавки, θе - краевой угол смачивания жидкостью плоской поверхности ребра. Приведенная формула была подтверждена в работе авторов (Grishaev V., Amirfazli A., Chikov S., Lyulin Y., Kabov O., Study of edge effect to stop liquid spillage for microgravity application, Microgravity sci. technol., vol. 25, pp. 27-33, 2013). Таким образом, использование решетки препятствует вытеканию жидкости за пределы каверны и обеспечивает работу подобных устройств на транспортных средствах. Решетка может быть изготовлена из любого достаточно хорошо смачиваемого материала. Изготовление решетки из металла с высокой теплопроводностью приведет к дополнительной интенсификации испарения. Оптимальная ширина канавки составляет 50-100 микрон. Оптимальный размер толщины ребра решетки составляет 150-300 микрон. Высота ребра решетки должна быть много меньше размеров каверны с жидкостью.
Данное устройство повышает интенсивность испарения, снижает металлоемкость испарителя, обеспечивает его работу на транспортных средствах - автомобили, скоростные поезда, морские суда, самолеты.
Claims (1)
- Устройство для испарения жидкости, содержащее мини- или микроканал для протока газа, в нижней стенке которого имеется каверна с жидкостью прямоугольной формы, отличающееся тем, что в нижней стенке канала на границе раздела газ-жидкость содержится решетка, состоящая из продольных ребер прямоугольной формы, причем верхняя грань ребра имеет продольную канавку треугольной формы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152538A RU2649164C1 (ru) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | Устройство для испарения жидкости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016152538A RU2649164C1 (ru) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | Устройство для испарения жидкости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2649164C1 true RU2649164C1 (ru) | 2018-03-30 |
Family
ID=61867026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016152538A RU2649164C1 (ru) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | Устройство для испарения жидкости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2649164C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796381C1 (ru) * | 2022-07-19 | 2023-05-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук | Устройство для формирования расслоенного течения жидкости в микро- и миниканалах |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1759118A1 (ru) * | 1989-07-07 | 2006-11-27 | Научно-производственное объединение "Наука" | Пластинчатый испаритель |
| CN101509736A (zh) * | 2009-03-10 | 2009-08-19 | 江苏三江电器集团有限公司 | 紧凑型微通道换热器 |
| RU87002U1 (ru) * | 2009-04-22 | 2009-09-20 | Федеральное агентство по рыболовству Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный технический университет" ФГОУ ВПО "АГТУ" | Теплообменная труба |
| CN104697246A (zh) * | 2015-03-06 | 2015-06-10 | 特灵空调系统(中国)有限公司 | 微通道蒸发器、冷凝器及其微通道换热器 |
-
2016
- 2016-12-30 RU RU2016152538A patent/RU2649164C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1759118A1 (ru) * | 1989-07-07 | 2006-11-27 | Научно-производственное объединение "Наука" | Пластинчатый испаритель |
| CN101509736A (zh) * | 2009-03-10 | 2009-08-19 | 江苏三江电器集团有限公司 | 紧凑型微通道换热器 |
| RU87002U1 (ru) * | 2009-04-22 | 2009-09-20 | Федеральное агентство по рыболовству Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Астраханский государственный технический университет" ФГОУ ВПО "АГТУ" | Теплообменная труба |
| CN104697246A (zh) * | 2015-03-06 | 2015-06-10 | 特灵空调系统(中国)有限公司 | 微通道蒸发器、冷凝器及其微通道换热器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2796381C1 (ru) * | 2022-07-19 | 2023-05-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук | Устройство для формирования расслоенного течения жидкости в микро- и миниканалах |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Flow pattern of air–water and two-phase R-134a in small circular tubes | |
| Mansour et al. | Experimental investigation of gas–non-Newtonian liquid two-phase flows from T-junction mixer in rectangular microchannel | |
| Yin et al. | Gas-liquid two-phase flow in a square microchannel with chemical mass transfer: Flow pattern, void fraction and frictional pressure drop | |
| Misyura | High temperature nonisothermal desorption in a water–salt droplet | |
| Cheah et al. | Water slug formation and motion in gas flow channels: the effects of geometry, surface wettability, and gravity | |
| David et al. | Adiabatic and diabatic two-phase venting flow in a microchannel | |
| Hu et al. | A coupled wicking and evaporation model for prediction of pool boiling critical heat flux on structured surfaces | |
| Ahn et al. | The effect of liquid spreading due to micro-structures of flow boiling critical heat flux | |
| Hu et al. | Role of nanoscale roughness in the heat transfer characteristics of thin film evaporation | |
| Kim et al. | Determination of the adhesion energy of liquid droplets on a hydrophobic flat surface considering the contact area | |
| Karimzadehkhouei et al. | Subcooled flow boiling heat transfer of γ-Al2O3/water nanofluids in horizontal microtubes and the effect of surface characteristics and nanoparticle deposition | |
| Dmitriev et al. | Efficiency of the contact stage of a jet-film device during rectification of ethylbenzene–styrene mixture | |
| Yagodnitsyna et al. | Ionic liquid-water flow in T-shaped microchannels with different aspect ratios | |
| Mohammed et al. | Experimental investigation of nanoparticles concentration, boiler temperature and flow rate on flow boiling of zinc bromide and acetone solution in a rectangular duct | |
| Feng et al. | Pressure drop and flow pattern of gas-non-Newtonian fluid two-phase flow in a square microchannel | |
| Yin et al. | Capillary character and evaporation heat transfer in the wicks of high temperature liquid metal heat pipe | |
| RU2649164C1 (ru) | Устройство для испарения жидкости | |
| Li et al. | Pressure drop of R134a in mini channels with micro pin fins during flow boiling | |
| Hu et al. | Role of trapped liquid in flow boiling inside micro-porous structures: pore-scale visualization and heat transfer enhancement | |
| Butzhammer et al. | Thermocapillary and thermosolutal Marangoni convection of ethanol and ethanol–water mixtures in a microfluidic device | |
| Jiang et al. | Two-phase flow patterns for condensation of ethanol-water mixtures in triangular microchannels | |
| Jiang et al. | Experimental study on two-phase flow pressure drop during ethanol–water vapor mixture condensation in microchannels | |
| Mogra et al. | Experimental Investigation on Droplet Formation through a Minichannel Y-Junction | |
| Chen | Capillary force-driven fluid flow of a wetting liquid in open grooves with different sizes | |
| Dong et al. | An experimental investigation of retention of liquids in corners of a square capillary |