RU2794711C1 - Method for intensifying convective heat transfer - Google Patents

Method for intensifying convective heat transfer Download PDF

Info

Publication number
RU2794711C1
RU2794711C1 RU2022108999A RU2022108999A RU2794711C1 RU 2794711 C1 RU2794711 C1 RU 2794711C1 RU 2022108999 A RU2022108999 A RU 2022108999A RU 2022108999 A RU2022108999 A RU 2022108999A RU 2794711 C1 RU2794711 C1 RU 2794711C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat transfer
channels
heat
confuser
channel
Prior art date
Application number
RU2022108999A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Надежда Павловна Петрова
Анна Александровна Цынаева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Самарский государственный технический университет
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Самарский государственный технический университет filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Самарский государственный технический университет
Application granted granted Critical
Publication of RU2794711C1 publication Critical patent/RU2794711C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: intensifying convective heat transfer.
SUBSTANCE: specifically, a method is claimed for intensifying convective heat transfer by moving each heat-exchanging medium along axisymmetric confuser-diffuser channels of variable cross section formed by longitudinally wavy ribs with alternation in each channel of the two-sided suction of the boundary layer with the two-sided injection of the latter from the adjacent channel, due to alternating changes in pressure in the channels along the moving medium. The amount of blowing and suction is regulated by the opening angle of longitudinally wavy ribs in the range from 0° up to 5°, and pulsations are imposed on the flow of the heat-exchanging medium in form of harmonic oscillations by means of a resonator when the flow passes through the right and left channels with different diameters, formed by the location of the flow separator at the inlet of the confuser-diffuser channels.
EFFECT: increase of intensity and efficiency of heat transfer by increasing the efficiency of heat transfer from the channel walls to the heated medium while saving the heat used to heat the heated medium (air).
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к способу интенсификации конвективного теплообмена.The invention relates to a method for intensifying convective heat transfer.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ интенсификации конвективного теплообмена путем перемещения каждой теплообменивающейся среды по осесимметричным каналам переменного сечения, образованным продольно-волнистым ребрами с чередованием двухстороннего отсоса пограничного слоя с двухсторонним вдувом (см. А.с. №285938, МПК F28f3/02, F28f13/02 Способ интенсификации конвективного теплообмена. // Кирпиков В. А., Гутарев В. В., Лейфман И.И. - Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР. 1971) и принятый за прототип.The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of the totality of features is the method of intensifying convective heat transfer by moving each heat-exchange medium along axisymmetric channels of variable cross section formed by longitudinally wavy ribs with alternating bilateral suction of the boundary layer with double-sided blowing (see A.S. No. 285938, IPC F28f3 / 02, F28f13 / 02 Method for intensifying convective heat transfer. // Kirpikov V. A., Gutarev V. V., Leifman I. I. - Committee for Inventions and Discoveries under the Council of Ministers of the USSR. 1971) and adopted for the prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится большой расход теплоты, используемой для подогрева нагреваемой среды (воздуха). The reasons preventing the achievement of the technical result indicated below when using the known method adopted as a prototype include a large consumption of heat used to heat the heated medium (air).

Сущность изобретения заключается в экономии теплоты, используемой для подогрева нагреваемой среды (воздуха). The essence of the invention lies in saving the heat used to heat the heated medium (air).

Технический результат - повышение интенсивности и эффективности теплообмена, повышение эффективности передачи теплоты от стенок каналов к нагреваемой среде, а также экономия теплоты, используемой для подогрева нагреваемой среды (воздуха).The technical result is an increase in the intensity and efficiency of heat transfer, an increase in the efficiency of heat transfer from the walls of the channels to the heated medium, as well as saving the heat used to heat the heated medium (air).

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе интенсификации конвективного теплообмена, в котором путем перемещения каждой теплообменивающейся среды по осесимметричным конфузорно-диффузорным каналам переменного сечения, образованным продольно-волнистыми ребрами с чередованием в каждом канале двухстороннего отсоса пограничного слоя с двухсторонним вдувом последнего из смежного канала, вследствие знакопеременных изменений давления в каналах по ходу движущейся среды, величину вдува и отсоса регулируют углом раскрытия продольно-волнистых ребер в пределах от 0° до 5°, а на поток теплообменивающейся среды накладывают пульсации в виде гармоничных колебаний посредством резонатора при прохождении потоком через правый и левый каналы с разными диаметрами, образованными расположением разделителя потока на входе конфузорно-диффузорных каналов.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the method of intensifying convective heat transfer, in which, by moving each heat-exchange medium along axisymmetric confuser-diffuser channels of variable cross section, formed by longitudinally wavy ribs with alternation in each channel of the two-sided suction of the boundary layer with the two-sided blowing of the latter from the adjacent channel, due to alternating pressure changes in the channels along the moving medium, the amount of blowing and suction is regulated by the opening angle of the longitudinally wavy ribs in the range from 0° to 5°, and pulsations are imposed on the flow of the heat-exchanging medium in the form of harmonic oscillations by means of a resonator during passage flow through the right and left channels with different diameters, formed by the location of the flow separator at the inlet of the confuser-diffuser channels.

Закон, по которому изменяют расход пульсирующего потока, записан в виде:

Figure 00000001
,The law according to which the flow rate of the pulsating flow is changed is written as:
Figure 00000001
,

Figure 00000002
- расход, м3/с;
Figure 00000003
- площадь сечения, м2;
Figure 00000004
- начальная скорость м/c;
Figure 00000005
- амплитуда пульсаций, м;
Figure 00000006
- время, с;
Figure 00000007
- частота, Гц;
Figure 00000008
- число
Figure 00000009
3,14.
Figure 00000002
- consumption, m 3 / s;
Figure 00000003
- cross-sectional area, m 2 ;
Figure 00000004
- initial speed m/s;
Figure 00000005
- pulsation amplitude, m;
Figure 00000006
- time, s;
Figure 00000007
- frequency Hz;
Figure 00000008
- number
Figure 00000009
3.14.

На чертежах представлены: The drawings show:

на фиг. 1 - теплообменный элемент, иллюстрирующий предлагаемый способ интенсификации конвективного теплообмена: 1 - конфузорно-диффузорный канал, 2 - нижняя пластина, 3 - верхняя пластина, 4 - продольно-волнистое ребро;in fig. 1 - heat exchange element illustrating the proposed method for intensifying convective heat transfer: 1 - confuser-diffuser channel, 2 - bottom plate, 3 - top plate, 4 - longitudinally wavy fin;

на фиг. 2 - разрез теплообменного элемента: 1 - конфузорно-диффузорный канал, 2 - нижняя пластина, 3 - верхняя пластина, 4 - продольно-волнистое ребро, 5 - прорезь, 6 - пульсатор, 7 - правый полукольцевой канал, 8 - левый полукольцевой канал, 9 - резонатор, 10 - разделитель;in fig. 2 - section of the heat exchange element: 1 - confuser-diffuser channel, 2 - bottom plate, 3 - top plate, 4 - longitudinally wavy rib, 5 - slot, 6 - pulsator, 7 - right semi-annular channel, 8 - left semi-annular channel, 9 - resonator, 10 - separator;

на фиг. 3 - распределение коэффициента теплоотдачи по длине канала: a - прямой канал, b - конфузорно-диффузорный канал, c - конфузорно-диффузорный канал при наложенных пульсациях (ускорение), d - конфузорно-диффузорный канал при наложенных пульсациях (торможение).in fig. 3 - distribution of the heat transfer coefficient along the length of the channel: a - straight channel, b - confuser-diffuser channel, c - confuser-diffuser channel with superimposed pulsations (acceleration), d - confuser-diffuser channel with superimposed pulsations (deceleration).

Фиг. 3 иллюстрирует результаты исследования теплообмена в конфузорно-диффузорных каналах с пульсациями (торможение и ускорение потока) и без них и в прямом канале без пульсации.Fig. 3 illustrates the results of a study of heat transfer in confuser-diffuser channels with and without pulsations (deceleration and acceleration of the flow) and in a straight channel without pulsations.

Теплообменный элемент для осуществления предлагаемого способа интенсификации конвективного теплообмена содержит конфузорно-диффузорные каналы 1, образованные нижней пластиной 2, верхней пластиной 3 и продольно-волнистыми ребрами 4, имеющими прорези 5, через которые осуществляется вдув (отсос) потока воздуха для интенсификации теплообмена. На входах конфузорно-диффузорных каналов 1 установлены пульсаторы 6, сформированные из правого полукольцевого канала 7, левого полукольцевого канала 8, установленного между ними разделителя 10 и резонатора 9, представляющего собой тонкую пластинку, закрепленную на стенке конфузорно-диффузорного канала 1за полукольцевыми каналами. The heat exchange element for implementing the proposed method for intensifying convective heat transfer contains confuser-diffuser channels 1 formed by the bottom plate 2, the top plate 3 and longitudinally wavy ribs 4 having slots 5 through which the blowing (suction) of the air flow is carried out to intensify heat transfer. Pulsators 6 are installed at the inputs of the confuser-diffuser channels 1, formed from the right semi-annular channel 7, the left semi-annular channel 8, the separator 10 installed between them and the resonator 9, which is a thin plate fixed on the wall of the confuser-diffuser channel 1 behind the semi-annular channels.

Пульсаторы 6 могут быть изготовлены из металлов, сплавов или других коррозионно-устойчивых материалов. Pulsators 6 can be made of metals, alloys or other corrosion-resistant materials.

Разделитель 10 выполнен из коррозионно-устойчивых материалов в виде треугольной призмы со скругленными углами.The separator 10 is made of corrosion-resistant materials in the form of a triangular prism with rounded corners.

При реализации предлагаемого способа интенсификации конвективного теплообмена нагреваемая среда (воздух) подается в конфузорно-диффузорные каналы 1. Воздух входит в конфузорно-диффузорные каналы 1, проходит через пульсаторы 6, работа которых заключается в создании пульсаций потока воздуха. Пульсации потока воздуха создаются за счет резонатора 9. Воздух входит в конфузорно-диффузорный канал 1, проходит полукольцевые каналы: правый полукольцевой канал 7 и левый полукольцевой канал 8, встречается с резонатором 9 и под действием потоков, прошедших через полукольцевые каналы и разделитель 10, резонатор 9 начинает колебаться. Колебания резонатора 9 возникают за счет того, что потоки воздуха, прошедшие через правый полукольцевой канал 7 и левый полукольцевой канал 8 имеют различные скорости из-за разного проходного сечения каналов. Так как конфузорно-диффузорный канал 1, соединенный с выходом пульсатора 6 выполнен в виде конфузора, образованного продольно-волнистыми ребрами 4, то давление за пульсатором 6 будет выше давления на начальном участке конфузорно-диффузорного канала 1. Поток воздуха за счет разности давлений пойдет от входа пульсатора 6 к конфузорно-диффузорному каналу 1 через продольно-волнистые ребра 4. Под действием пульсаторов 6 поток воздуха в конфузорно-диффузорном канале 1 приобретает пульсационный характер движения. Таким образом, в конфузорно-диффузорных каналах 1 реализуется пульсирующее течение нагреваемой среды, что приводит к интенсификации теплоотдачи от стенок каналов к нагреваемой среде (воздуха) и, соответственно, к более эффективному процессу передачи теплоты. Пульсации потока теплообменивающейся среды имеют вид гармонических колебаний.When implementing the proposed method for intensifying convective heat transfer, the heated medium (air) is supplied to the confuser-diffuser channels 1. The air enters the confuser-diffuser channels 1, passes through 6 pulsators, whose work is to create air flow pulsations. Pulsations of the air flow are created due to the resonator 9. The air enters the confuser-diffuser channel 1, passes through the semi-annular channels: the right semi-annular channel 7 and the left semi-annular channel 8, meets with the resonator 9 and under the action of the flows that have passed through the semi-annular channels and the separator 10, the resonator 9 starts to wobble. Oscillations of the resonator 9 occur due to the fact that the air flows passing through the right semi-annular channel 7 and the left semi-annular channel 8 have different speeds due to the different flow area of the channels. Since the confuser-diffuser channel 1 connected to the output of the pulsator 6 is made in the form of a confuser formed by longitudinally wavy ribs 4, the pressure behind the pulsator 6 will be higher than the pressure at the initial section of the confuser-diffuser channel 1. The air flow due to the pressure difference will go from the entrance of the pulsator 6 to the confuser-diffuser channel 1 through longitudinally wavy ribs 4. Under the action of pulsators 6, the air flow in the confuser-diffuser channel 1 acquires a pulsating character of movement. Thus, in the confuser-diffuser channels 1, a pulsating flow of the heated medium is realized, which leads to an intensification of heat transfer from the walls of the channels to the heated medium (air) and, accordingly, to a more efficient process of heat transfer. Pulsations of the flow of the heat-exchanging medium have the form of harmonic oscillations.

Угол раскрытия продольных-волнистых ребер 4 составляет от 0 до 5°, так как по данным исследованиям [1, 2] при таком угле раскрытия интенсивность теплообмена максимальна.The opening angle of the longitudinal-wavy ribs 4 is from 0 to 5°, since according to studies [1, 2] at this opening angle, the heat transfer intensity is maximum.

Результаты исследования роста эффективности теплообмена представленные на фиг.3 показывают, что интенсивность теплообмена в конфузорно-диффузорных каналах в 1,8 раз выше, чем в прямых каналах. При этом наложенные пульсации потока в конфузорно-диффузорных каналах ведет к росту теплообмена 1,5 раза.The results of the study of the increase in the efficiency of heat transfer presented in figure 3 show that the intensity of heat transfer in confuser-diffuser channels is 1.8 times higher than in straight channels. In this case, the superimposed flow pulsations in the confuser-diffuser channels lead to an increase in heat transfer by 1.5 times.

Список литературы Bibliography

1. Терехов В.И., Богатко Т.В. Особенности теплообмена в осесимметричном диффузоре после внезапного расширения трубы // Современная наука: исследования, идеи, результаты, технологии. 2015. №1 (16) . С. 95-100.1. Terekhov V.I., Bogatko T.V. Peculiarities of heat transfer in an axisymmetric diffuser after a sudden expansion of a pipe // Modern Science: Researches, Ideas, Results, Technologies. 2015. No. 1 (16) . pp. 95-100.

2. Петрова Н.П., Цынаева А.А. Численное исследование теплообмена в канале теплообменника с градиентом давления // Тепловые процессы в технике. 2019. Т. 11, № 12. С. 532–540.2. Petrova N.P., Tsynaeva A.A. Numerical study of heat transfer in the channel of a heat exchanger with a pressure gradient. Teplovye protsessy v tekhniki. 2019. V. 11, No. 12. S. 532–540.

Claims (1)

Способ интенсификации конвективного теплообмена путем перемещения каждой теплообменивающейся среды по осесимметричным конфузорно-диффузорным каналам переменного сечения, образованным продольно-волнистыми ребрами с чередованием в каждом канале двухстороннего отсоса пограничного слоя с двухсторонним вдувом последнего из смежного канала, вследствие знакопеременных изменений давления в каналах по ходу движущейся среды, отличающийся тем, что величину вдува и отсоса регулируют углом раскрытия продольно-волнистых ребер в пределах от 0° до 5°, а на поток теплообменивающейся среды накладывают пульсации в виде гармоничных колебаний посредством резонатора при прохождении потоком через правый и левый каналы с разными диаметрами, образованными расположением разделителя потока на входе конфузорно-диффузорных каналов.A method for intensifying convective heat transfer by moving each heat-exchanging medium along axisymmetric confusing-diffuser channels of variable cross section formed by longitudinally wavy ribs with alternation in each channel of the two-sided suction of the boundary layer with the two-sided blowing of the latter from the adjacent channel, due to alternating pressure changes in the channels along the moving medium , characterized in that the amount of blowing and suction is controlled by the opening angle of the longitudinally wavy ribs in the range from 0° to 5°, and pulsations are imposed on the flow of the heat-exchanging medium in the form of harmonious oscillations by means of a resonator when the flow passes through the right and left channels with different diameters, formed by the location of the flow separator at the inlet of the confuser-diffuser channels.
RU2022108999A 2022-04-05 Method for intensifying convective heat transfer RU2794711C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2794711C1 true RU2794711C1 (en) 2023-04-24

Family

ID=

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU285938A1 (en) *
US4420039A (en) * 1980-02-07 1983-12-13 Dubrovsky Evgeny V Corrugated-surface heat exchange element
US4729428A (en) * 1984-06-20 1988-03-08 Showa Aluminum Corporation Heat exchanger of plate fin type
US4854380A (en) * 1985-10-25 1989-08-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Heat exchanger
SU1643922A1 (en) * 1988-03-21 1991-04-23 Киевский Инженерно-Строительный Институт Heat exchange surface
RU2068167C1 (en) * 1994-04-04 1996-10-20 Московская государственная текстильная академия им.А.Н.Косыгина Heat exchanger
RU2095716C1 (en) * 1995-02-21 1997-11-10 Опытное конструкторское бюро машиностроения Heat exchanger
WO2015104634A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-16 Intergas Heating Assets B.V. Heat exchanger, method for forming thereof and use thereof
WO2017085592A1 (en) * 2015-11-18 2017-05-26 Robur S.P.A. Improved fire tube
CN108088288A (en) * 2017-10-31 2018-05-29 武汉科技大学 A kind of self-oscillation cavity heat exchanger

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU285938A1 (en) *
US4420039A (en) * 1980-02-07 1983-12-13 Dubrovsky Evgeny V Corrugated-surface heat exchange element
US4729428A (en) * 1984-06-20 1988-03-08 Showa Aluminum Corporation Heat exchanger of plate fin type
US4854380A (en) * 1985-10-25 1989-08-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Heat exchanger
SU1643922A1 (en) * 1988-03-21 1991-04-23 Киевский Инженерно-Строительный Институт Heat exchange surface
RU2068167C1 (en) * 1994-04-04 1996-10-20 Московская государственная текстильная академия им.А.Н.Косыгина Heat exchanger
RU2095716C1 (en) * 1995-02-21 1997-11-10 Опытное конструкторское бюро машиностроения Heat exchanger
WO2015104634A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-16 Intergas Heating Assets B.V. Heat exchanger, method for forming thereof and use thereof
WO2017085592A1 (en) * 2015-11-18 2017-05-26 Robur S.P.A. Improved fire tube
CN108088288A (en) * 2017-10-31 2018-05-29 武汉科技大学 A kind of self-oscillation cavity heat exchanger

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013016943A1 (en) Internal liquid separating hood-type condensation heat exchange tube
RU2794711C1 (en) Method for intensifying convective heat transfer
CN112357036A (en) Ship outboard conformal cooler and ship cooling system
Pan et al. Characteristics of flow behavior and heat transfer in the grooved channel for pulsatile flow with a reverse flow
RU2784163C1 (en) Heat transfer surface
RU212154U1 (en) Heat exchange surface
CN108088288A (en) A kind of self-oscillation cavity heat exchanger
Benzenine et al. Numerical study on turbulent flow forced-convection heat transfer for air in a channel with waved fins
CN112393632B (en) Intermittent alternate heat exchange method for loop heat pipe system
RU2674816C1 (en) Horizontal vapour-liquid heat exchanger
CN112556467B (en) Speed difference loop heat pipe system
CN112393634B (en) Waste heat utilization loop heat pipe system
CN112503982B (en) Method for controlling heating of loop heat pipe system according to liquid level
CN112503981B (en) Method for controlling heating of loop heat pipe system according to temperature
CN112556466B (en) Temperature difference loop heat pipe system
RU131416U1 (en) COOLED GAS TURBINE SHOVEL
JPS61280393A (en) Heat transfer tube
Hamidou et al. Numerical analysis of turbulent flow and conjugate heat transfer characteristics in channel provided with internal waved fins and baffles: effect of pitch of waved fins and baffles
SU1409845A1 (en) Heat-exchanging tube
RU84957U1 (en) SPRAY POOL
SU366334A1 (en) RADIATOR COOLING SYSTEM
RU191662U1 (en) The liquid heat exchanger of the thermoelectric module for heating air in agricultural premises
CN215115997U (en) External cooling device for DSC
Yudong et al. Enhanced heat transfer of heat-exchange equipment by pulsating air flow
CN214010038U (en) Fin type cooler for ship