SU1270531A1

SU1270531A1 - Method of heat exchange between liquid and solid surface

Info

Publication number: SU1270531A1
Application number: SU843814151A
Authority: SU
Inventors: Александр Николаевич Шичков; Владимир Алексеевич Петринчик; Михаил Константинович Овсянников; Николай Александрович Шичков; Семен Борисович Ябко; Юлиан Михайлович Чуманов; Юрий Сергеевич Гаврилов
Original assignee: Вологодский Политехнический Институт; Ленинградское Ордена Октябрьской Революции Высшее Инженерное Морское Училище Им.Адм.С.О.Макарова; Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Институт Точной Механики И Оптики
Priority date: 1984-12-03
Filing date: 1984-12-03
Publication date: 1986-11-15

Abstract

1. СПОСОБ ТЕПЛООБМЕНА МЕЖДУ ЖВДКОСТЬЮ И ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДОГО ТЕЛА путем размещени у этой поверхности вспомогательной жидкости, имеющей при передаче тепла от поверхности к основной жидкости температуру кипени при рабочем давлении ниже рабочей температуры поверхности, но вьппе рабочей температуры указанной основной жидкости, меньшей ее температуры кипени , отличающийс тем, что, с целью расширени функциональных возможностей при осуществлении теплообмена в поле массовых сил, в качестве жидкостей дл теплообмена используют несмешивающиес жидкости, а сам процесс теплообмена ведут также и в обратном направлении, при передаче тепла от основной жидкости к поверхности, при этом вспомогательную жидкость выбирают с плотностью, меньшей чем у основной, и с температурой кипени соответственно выше и ниже рабочих температур поверхности и основной жидкости, а при передаче тепла от поверхности к основной жидкости в направлении, противоположном направлению массовых сил, соотношение плотностей жидкостей измен ют на обратное. 2.Способ по п. 1, отличающийс тем, что в процессе теплообмена дл создани массовых сил основной жидкости придают вращательное или вращательно-поступао ф тельное движение. 3.Способ по п. 1, отлича (Л ющийс тем, что при передаче тепла в пр мом направлении и при вертикальном или наклонном положени х поверхности на последней размещают капилл рно-пористую структуру, ЬЧ обладающую большей смачиваемостью 1C вспомогательной жидкостью, чем осvl новной.. о ел 4.Способ по п. 1, отличающийс тем, что, с целью обеспесо чени стабилизации температуры основной жидкости, вспомогательную жидкость выбирают с температурой кипени , равной температуре стабилизации , и осуществл ют конденсацию пара вспомогательной жидкости во внешнем циркул ционном контуре с возвратом конденсата к поверхности теплообмена при толщине сло вспомогательной жидкости на поверхности, превьш1ающей п ть отрывных диаметров паровых пузырей .1. METHOD OF HEAT TRANSFER BETWEEN THE FLUIDNESS AND SURFACE OF A SOLID BODY by placing an auxiliary fluid on this surface, which has a boiling point at operating pressure below the surface temperature but transferring the boiling temperature below the surface heat transfer to the main fluid. characterized in that, in order to expand functionality in the implementation of heat exchange in a field of mass forces, heat exchange fluids are used as Mixing liquids, and the heat exchange process itself is also carried out in the opposite direction, when heat is transferred from the main fluid to the surface, while the auxiliary fluid is chosen with a density lower than the main fluid and with a boiling point respectively above and below the working temperatures of the surface and the main fluid , and when heat is transferred from the surface to the main fluid in a direction opposite to the direction of mass forces, the density ratio of the fluids is reversed. 2. A method according to claim 1, characterized in that in the process of heat exchange, in order to create mass forces, the main fluid is given a rotational or rotational-translational motion. 3. The method according to claim 1, characterized in that (when heat is transferred in the forward direction and in vertical or inclined positions of the surface, a capillary-porous structure is placed on the latter, which has a greater wettability 1C with an auxiliary liquid than the basic .. ate 4. A method according to claim 1, characterized in that, in order to ensure the stabilization of the temperature of the main liquid, the auxiliary liquid is chosen with a boiling point equal to the stabilization temperature, and the vapor of the auxiliary liquid is condensed in an external circulation circuit returning the condensate to the heat exchange surface at a thickness of the auxiliary layer on the liquid surface prevsh1ayuschey five diameters of separated steam bubbles.

Description

1 Изобретение относитс к теплотехнике , а именно к процессам теплообме на между жидкостью и твердым телом при высоких значени х плотности теплового потока. Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей способа при осуществлении теп.пообмена в поле массовых сил. На фиг. 1 изображена схема переда чи тепла от поверхности к основной жидкости, на фиг. 2 - схема передач тепла от основной жидкости к поверх ности} на фиг. 3 - схема передачи тепла от поверхности к основной жид кости при вращении; на фиг. 4 - схе ма передачи тепла от основной жидко iri к поверхности при вращенииJ на фиг. 5 - схема теплообмена при возврате конденсата с помощью капилл р ной структуры; на фиг. 6 - схема части устройства дл стабилизации .температуры основной жидкости. Поверхность 1 твердого тела непосредственно взаимодействует со слоем вспомогательной жидкости 2, отделенной поверхностью 3 раздела от основной жидкости 4. На участках теплообмена имеютс пузьфи 5 пара вспомогательной жидкости 2. На вер тикальной поверхности 1 твердого тела размещена капилл рна структура 6, обладающа большей смачиваемостью вспомогательной жидкости 2, чем основной жидкостью 4, в которой с некоторым зазором относительно капилл рной структуры 6 размещен змеевик 7 с движущимс внутри него .дополнительным хладагентом (фиг. 5) Капилл рна структура 6 может обладать гидрофильными свойствами по отношению к вспомогательной ждцкости и гидрофобными свойствами по отношению к основной жидости. в устройстве дл стабилизации температуры основной жидкости 4 (фиг. 6) под держивают толщину сло вспомогатель . ной жидкости 2 более п ти отрьшных диаметров пузырей пара, причем дл конденсации пара служит конденсатор 8, размещенньй во внешнем циркул ционном контуре 9.. Основна жидкость имеет в этом устройстве свободную поверхность 10. При осуществлении данного способа в качестве основной и вспомогательной жидкостей могут быть вз ты, например, вода и фреон113 соответственно. 31 Способ теплообмена между жидкостью и поверхностью твердого тела осуществл ют следующим образом. Между поверхностью 1 и основной жидкостью 4 размещают вспомогательную жидкость 2, котора кипит на поверхности 1. Пузыри пара 5 вспомогательной жидкости 2 поступают через поверхность 3 раздела жидкостей в основную жидкость 4. Так как плотность вспомогательной жидкости 2 больше, чем плотность основной, то конденсат вспомогательной жидкости поступает в зону теплоотдающей поверхности 1 . При передаче тепла от основной жидкости 4 к поверхности 1 (фиг. 2) между этой поверхностью и основной жидкостью 4 размещают вспомогательную жидкость 2 с плотностью, меньшей , чем у основной жидкости. Пузьфи пара вспомогательной жидкости 2 образуютс на поверхности раздела жидкостей 3 и поступают к поверхности 1, где конденсируютс . В случае, когда основной жидкости придают вращательное шш вращательно-поступательное движение (фиг. 3), то между поверхностью 1 и основной жидкостью 4 с учетом де стви центробежных сил размещают вспомогательную жидкость 2 с большей плотностью. На поверхности 1 образуютс пузьфи 5 вспомогательной жидкости 2, которые поступают через поверхность 3 раздела жидкостей к основной жидкости 4 и в ней конденсируютс . Если плотность вспомогательной жидкости 2 меньше, чем основной, то ее размещают между поверхностью 1 и основной жикдостью 4 с учетом действи центробежных сил (фиг. 4). Пузыри 5 пара вспомогательной жидкости 2 образуютс на поверхности 3 раздела жидкостей и поступают под действием центробежных сил к поверхности 1. Дл возврата конденсата паров вспомогательной жикдости 2 к поверхности 1 теплообмена (фиг. 5) на поверхности 1 размещают капилл рную структуру 6, котора пропитана вспомогательной жидкостью 2. Пузьфи пара вспомогательной жидкости 2, которые образуютс на поверхности 1, поступают в объем основной жидкости 4,1 The invention relates to heat engineering, namely to heat exchange processes between a liquid and a solid at high values of the heat flux density. The aim of the invention is to expand the functionality of the method in the implementation of heat exchange in the field of mass forces. FIG. 1 shows a diagram of heat transfer from the surface to the main fluid; FIG. 2 is a diagram of heat transfer from the main fluid to the surface} in FIG. 3 is a diagram of heat transfer from the surface to the main fluid during rotation; in fig. 4 shows a scheme for transferring heat from the main liquid iri to the surface during rotation in FIG. 5 is a heat exchange diagram for the return of condensate using a capillary structure; in fig. 6 is a diagram of a part of the device for stabilizing the temperature of the primary fluid. Solid surface 1 directly interacts with a layer of auxiliary fluid 2 separated by a surface 3 of the section from the main fluid 4. In the heat exchange areas there are puffy 5 a pair of auxiliary fluid 2. A capillary structure 6 is located on the vertical surface 1 of the solid, which has a greater wettability of the auxiliary fluid 2, than the main fluid 4, in which with some clearance relative to the capillary structure 6 a coil 7 is placed with an additional coolant moving inside it (Fig. 5) The capillary structure 6 may have hydrophilic properties with respect to auxiliary iron and hydrophobic properties with respect to the main fluid. In the device for stabilizing the temperature of the primary fluid 4 (FIG. 6), the thickness of the auxiliary layer is maintained. liquid 2 has more than five diameters of vapor bubbles, the condenser 8 serving in the external circulation loop 9 being used for condensing the vapor. The main fluid has a free surface in this device 10. When implementing this method, the main and auxiliary liquids can be for example, water and freon are taken, respectively. The method of heat exchange between a liquid and a solid surface is carried out as follows. Between the surface 1 and the primary fluid 4, an auxiliary fluid 2 is placed, which boils on the surface 1. The vapor bubbles 5 of the auxiliary fluid 2 flow through the interface 3 of the liquids into the primary fluid 4. Since the density of the secondary fluid 2 is greater than the density of the primary fluid, the secondary condensate fluid enters the zone of heat transfer surface 1. When heat is transferred from the primary fluid 4 to the surface 1 (FIG. 2), an auxiliary fluid 2 is placed between this surface and the primary fluid 4 with a density less than that of the primary fluid. A pair of auxiliary liquid 2 is formed at the interface of the liquids 3 and enters the surface 1, where it condenses. In the case when the main fluid is given a rotational wig rotary-translational motion (Fig. 3), then between the surface 1 and the main fluid 4, taking into account the movement of centrifugal forces, an auxiliary fluid 2 with a higher density is placed. On surface 1, puffy 5 of auxiliary liquid 2 is formed, which flow through the interface 3 of the liquid to the main liquid 4 and condense in it. If the density of the auxiliary liquid 2 is less than the main one, then it is placed between surface 1 and main flow 4, taking into account the effect of centrifugal forces (Fig. 4). Bubbles 5 of the auxiliary liquid 2 are formed on the 3 interface of the liquids and flow under the action of centrifugal forces to the surface 1. To return the condensate of the auxiliary liquid 2 to the heat exchange surface 1 (Fig. 5), a capillary structure 6 is placed on the surface 1, which is impregnated with the auxiliary liquid 2. A pair of auxiliary liquid 2, which forms on the surface 1, flows into the volume of the main liquid 4,

которую охлаждают, например, с помощью змеевика 7.which is cooled, for example, with a coil 7.

Пузыри 5 пара вспомогательной жидкости 2 конденсируютс в объеме основной жидкости 4 и при плотности вспомогательной жидкости 2 большей, чем основной, конденсат опускаетс вниз и образует слой вспомогательной жидкости 2. Далее конденсат под действием капилл рных сил поступает к поверхности 1 теплообмена. При плотности вспомогательной жидкости 2, меньшей, чем основной, конденсат поступает вверх и далее с помощью капилл рных сил к поверхности 1 теш1ообмена . Кроме того, размещение капилл рной структуры 6 на поверхности 1 теплообмена дает более интенсивное кипение , чем на гладкой поверхности.The vapor bubbles 5 of the auxiliary liquid 2 condense in the volume of the main liquid 4 and when the density of the auxiliary liquid 2 is larger than the main one, the condensate sinks down and forms a layer of auxiliary liquid 2. Then the condensate enters the heat exchange surface 1 by the action of capillary forces. When the density of the auxiliary liquid 2, which is less than the main one, the condensate flows upwards and then using capillary forces to the surface 1 of the exchange. In addition, the placement of the capillary structure 6 on the heat exchange surface 1 produces more intensive boiling than on a smooth surface.

Дл лучщёгр разделени основной и вспомогательной жидкостей капилл рную структуру выполн ют из материала :с гидрофобными свойствами цл основной и гидрофильными дл вспомогательной жидкостей. Например, при исполь- 25 For the better separation of the main and auxiliary liquids, the capillary structure is made of the material: with the hydrophobic properties of the main and hydrophilic liquid for the auxiliary liquids. For example, when using 25

зовании в качестве основной жидкости воды, а вспомогательной - фреона и капилл рной структуры из фторопласта вспомогательна жидкость (фреон) имеет краевой угол смачивани фторо-«- зо пласта меньше 90®, а вода - больще 90 . Поэтому фреон будет поступатьThe main fluid is water, and the auxiliary fluid, freon and the capillary structure of fluoroplastic, the auxiliary fluid (freon) has a wetting angle of fluorine - «- the reservoir is less than 90®, and water is greater than 90. Therefore, freon will come

по капилл рам структуры к поверхности теп.пообмена, а вода не будет.on the capillaries of the structure to the surface of heat exchange, and there will be no water.

Дл стабилизации температуры основной жидкости 4 ниже температуры ее кипени между поверхностью 1 и основной жидкостью 4 размещают вспомогательную жидкость 2 с температурой кипени при данном давлении, равной температуре стабилизации. Пузьфи 5 пара вспомогательной жидкости 2 образуютс на поверхности 1, всплывают и перемешивают слой основной жидкости 4, при этом происходит интенсивный теплообмен между паром и основной жидкостью с конденсацией части пара. Далее остальной пар конденсируют , например, вне объема основной жидкости в конденсаторе 8 и возвращают в слой вспомогательной жидкости, при этом обеспечивают толщину сло вспомогательной жидкости более п ти отрывных диаметров пузьфей ее пара. Последнее условие выбрано дл того, чтобы не было части к поверхности 1.To stabilize the temperature of the primary fluid 4 below its boiling point, between the surface 1 and the primary fluid 4, an auxiliary fluid 2 is placed with a boiling point at a given pressure equal to the stabilization temperature. A pair of auxiliary liquid 2 is formed on the surface 1, the layer of the main liquid 4 floats and mixes, and there is an intensive heat exchange between the vapor and the main liquid with condensation of a part of the vapor. Next, the remaining steam is condensed, for example, outside the volume of the main fluid in the condenser 8 and returned to the auxiliary fluid layer, while providing the thickness of the auxiliary fluid layer more than five tearing diameters of its vapor. The last condition is chosen so that there is no part to surface 1.

Предлагаемый способ позвол ет осуществл ть интенсивньм теплообмен как с нагревом, так и с охлаждением основной жидкости, причем не требуетс составлени эмульсий или растворов основной и вспомогательной жидкостей. тичного поступлени основной жидкосJ X X V у У x. The proposed method allows intensive heat exchange with both heating and cooling of the base fluid, without the preparation of emulsions or solutions of the main and auxiliary liquids. The main fluid supply is X X V Y Y x.

Фиг.гFigg

Фиг.З 6 /Лхух/х у / / / / / / /////////Fig.Z6 / Lukh / x y / / / / / / // ///////

/////у////////////////// / ////// //////////// / / /

..

i с i with

/хДо - - - -/ xTo - - - -

.м.. m

оооLtd

о - оoh oh

ФигЛFy

Ч.H.

fut.Sfut.S

ffY fffff/lf /f////ffY fffff / lf / f ////

г.6year 6

Claims

1. METHOD OF HEAT EXCHANGE BETWEEN LIQUID AND SURFACE OF A SOLID BODY by placing an auxiliary liquid near this surface, which, when transferring heat from the surface to the main liquid, has a boiling point at a working pressure below the working temperature of the surface but above the working temperature of the specified main liquid, lower than its boiling point, characterized by the fact that, in order to expand the functionality when performing heat transfer in a field of mass forces, they use immiscible fluids for heat transfer flowing liquids, and the heat exchange process itself is also carried out in the opposite direction, when heat is transferred from the main fluid to the surface, while the auxiliary fluid is chosen with a density lower than that of the main one and with a boiling point higher and lower than the working temperatures of the surface and main fluid, respectively and when heat is transferred from the surface to the main liquid in the direction opposite to the direction of the mass forces, the ratio of the densities of the liquids is reversed.

2. The method of pop. 1, characterized in that in the process of heat transfer to create mass forces of the main fluid give a rotational or rotational-translational motion.

3. The method according to p. 1, characterized in that when transferring heat in the forward direction and with vertical or inclined surface positions, a capillary-porous structure with a greater wettability of the auxiliary liquid than the main one is placed on the surface.,

4. The method of pop. 1, characterized in that, in order to ensure stabilization of the temperature of the main fluid, the auxiliary fluid is selected with a boiling point equal to the stabilization temperature, and steam of the auxiliary fluid is condensed in the external circulation circuit with the condensate returning to the heat exchange surface at the thickness of the auxiliary fluid layer on the surface, exceeding five detachable diameters of steam bubbles.