WO1998022772A1 - Method for improving heat transfer and heat exchange device - Google Patents

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WO1998022772A1
WO1998022772A1 PCT/DE1997/002719 DE9702719W WO9822772A1 WO 1998022772 A1 WO1998022772 A1 WO 1998022772A1 DE 9702719 W DE9702719 W DE 9702719W WO 9822772 A1 WO9822772 A1 WO 9822772A1
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heat exchange
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medium
exchange surface
flowing
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PCT/DE1997/002719
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Martin Schade
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Martin Schade
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • F28F13/187—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings especially adapted for evaporator surfaces or condenser surfaces, e.g. with nucleation sites
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/02—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by influencing fluid boundary

Definitions

  • the invention relates to a method for improving the heat transfer between flowing gaseous or liquid media and a heat exchange surface and a device for heat exchange between gaseous and / or liquid media, in which the heat exchange between these media using the method according to the invention via a separating the media Heat exchange surface takes place.
  • the heat transfer tube described in the document has an inner surface structured by geometric elements.
  • the structuring elements which are referred to in the description as roughness elements, have a defined geometric shape that is defined for the respective application and are regularly distributed on the surface of the surface coming into contact with the flow.
  • the invention is explained on the basis of a structure in which each structure-serving element is designed as a truncated pyramid with a height defined in relation to the inner diameter of the tube.
  • defined relationships between the head and base width of the pyramid-shaped elements are specified, which, in accordance with a further embodiment, also have a defined orientation with respect to the flow through the tube - namely the orientation of a corner of the pyramid base in the direction of flow.
  • the structural elements have the same spacing from one another.
  • the designation of the elements as roughness elements is derived from the small ratio between the pipe inside diameter of the heat exchanger pipe and the height of the structural elements, whereby microstructuring of the pipe inside surface is achieved, which results in a comparatively small increase in flow losses.
  • the object of the present invention is to provide a method with which an improvement in the heat transfer between flowing gaseous or liquid media and a heat exchange surface is achieved in a simple and effective manner.
  • the object further consists in creating a device using the method for heat exchange between liquid and / or gaseous media.
  • the method according to the invention for improving the heat transfer between a flowing gaseous or liquid medium and a heat exchange surface achieves the object by generating a distribution of the flow velocity of the flowing medium in the region of the transition between the flowing medium and the heat exchange surface, which distribution is in this region forming thermal boundary layer tears open.
  • a velocity distribution is characterized by the presence of areas with a large velocity gradient near the heat exchange surface within the thermal boundary layer. This results in an increased friction of the fluid particles, as a result of which there is an increased swirling of the fluid.
  • the swirl engages in the thermal boundary layer that forms between the fluid and the heat exchange surface and tears it open. This significantly improves the heat transfer between the flowing medium and the heat exchange surface.
  • the method according to the invention is advantageously designed in such a way that the thermal boundary layer is torn open by a distribution of the flow velocity, in which regions of low flow velocity and regions of higher flow velocity alternate at the transition between the flowing medium and the heat exchange surface.
  • the distribution of the flow velocity forced between these areas is formed in such a way that in the thermal boundary layer, within the planes lying parallel to the heat exchange surface, a maximum velocity gradient is created in each case deviates from the main flow direction of the flowing medium, while the flow outside the thermal boundary layer remains almost unaffected.
  • the main direction of flow is the direction of flow in which the flowing medium, apart from turbulence and cross-flows, essentially moves, ie the direction of the largest volume flow.
  • the maximum velocity gradient that forms in the thermal boundary layer, within the planes parallel to the heat exchange surface has a right angle with respect to the main flow direction.
  • a device for heat exchange using the method according to the invention is based on the generally known basic principle of such devices and has a heat exchange surface along which at least one gaseous or liquid medium flows.
  • the heat exchange between this flowing medium and the medium on the other side of the heat exchange surface takes place through the thermal conductivity of the heat exchange surface and the heat transfer caused by thermal conduction and convection between the respective medium and the heat exchange surface.
  • zones of different surface roughness are formed on the side of the heat exchange surface facing the flowing medium, the maximum gradient resulting from the change in the surface roughness deviating from the main flow direction of the flowing medium.
  • the same effect can be achieved with a device, which is also constructed according to the known basic principle, in that the heat exchange surface on the side facing the flowing medium has zones with different adhesive stress with respect to the flowing and wetting medium, whereby the Area of the transition of the zones of different adhesive tension resulting maximum gradient of the adhesive tension change deviates from the main flow direction.
  • This can be achieved, for example, in the case of a metal heat exchange tube, in that a material with a lower wettability and, as a result thereof, reduced adhesive tension is applied zone by zone to the inner wall of the tube. It is conceivable to use an appropriate talking plastic or graphite, but of course other materials can be used.
  • the material from which the exchange surface is formed has zones of increased surface roughness as a result of a corresponding surface treatment.
  • the zones with increased surface roughness can also advantageously be formed by applying solid particles to individual areas of the heat exchange surface. The solid particles are partially applied to the surface of a heat exchange surface using an adhesive.
  • the zones with increased surface roughness or with reduced adhesive tension are designed in the form of strips which run parallel or at a slight angle to the main direction of flow of the flowing medium.
  • the heat exchange surface of the device is designed as a falling film evaporator.
  • the zones of different roughness or adhesive tension on the side of the heat exchange surface facing the flowing medium are formed by means which are brought into an active connection with the heat exchange surface in a fixed, tight-fitting and exchangeable manner.
  • a heat exchange tube for example, one would have to think of a grille that closely clings to the inner surface of the tube and has only longitudinal struts, which is attached to the tube ends and whose struts have an increased roughness or reduced adhesive tension compared to the inner tube wall.
  • the ratio of the surface roughness or the adhesive tension between the individual zones can thus be adapted to the flow conditions and / or the type of flowing medium by a suitable choice of the grid material.
  • the inventive method is characterized by a significant improvement in the heat transfer between the flowing medium and the heat exchange surface.
  • This advantageous effect is achieved by the direct intervention in the thermal boundary layer, which represents a resistance to the passing heat.
  • the flow is influenced only in the immediate vicinity of the interface, while it is otherwise essentially unaffected. flows. The resulting flow and energy losses are therefore extremely low.
  • the method is easy to implement in practice, since possible devices which use this method have a comparatively simple structure. Because the device according to the invention has a heat exchange surface, the surface of which is only partially changed in its properties, a speed distribution which enables the thermal boundary layer to be torn open is achieved in the immediate vicinity of the heat exchange surface, without any significant resistance to flow being counteracted by the flowing medium.
  • the suitable, alternating arrangement of strip-shaped areas of different roughness or adhesive tension on the one hand achieves the desired distribution of the flow velocity, while on the other hand the formation of cross flows between the zones of different surface properties and thus an additional swirling of the fluid is promoted.
  • This creates in the immediate vicinity of the heat exchange surface adjacent flow lines with different flow velocities, through which a specific flow profile is established which corresponds to this area, corresponding approximately to the thickness of the thermal boundary layer, which promotes the heat transport from or to the fluid in an extraordinary manner.
  • the specific geometrical relationships like the ratio between high and low roughness or low and high adhesive tension, depend on the inflow conditions and the type of flowing fluid. In the case of liquid media, it can be assumed that the higher the viscosity of the fluid flowing along the heat exchange surface and vice versa, the smaller the difference in surface roughness or adhesive tension required to achieve the desired effect.
  • a heat exchange device in the form of a heat exchange tube, the inner surface of which is designed in accordance with the invention
  • Fig. 1 the principle of the invention is illustrated using a tubular heat exchanger.
  • a gaseous or liquid medium flows through the tube. Due to the heat transfer due to convection and heat conduction, a heat exchange takes place between the flowing medium and the medium surrounding the tube via the material forming the tube.
  • the surrounding medium is also a gaseous or liquid medium.
  • the zones 2 shown in dark contrast are formed with increased surface roughness or with reduced adhesive tension. In the example shown, these zones 2 run in strips along the entire length of the tube, evenly distributed over the circumference of the tube, and are each interrupted by zones 3 of low surface roughness running in parallel.
  • the strip structure formed runs parallel to the main flow direction 5 of the medium flowing through the tube.
  • the main flow direction 5, indicated by the arrow, is the direction in which the flowing medium, apart from the turbulence and cross-flow, essentially moves.
  • the flow moves parallel to the longitudinal axis of the tube.
  • the zones 2, 3 shown differ not by their roughness but by their adhesive tension, the same applies accordingly to the gradient of the change in adhesive tension.
  • the effect of the flow through the structure shown can be described as follows in the presence of zones 2, 3 with different surface roughness:
  • Zones 2 with low surface activity i.e. with reduced adhesive tension
  • a usually metallic heat exchange tube can be provided in zones on the side facing the flow with a thin plastic layer which has a comparatively low adhesive tension.
  • FIG. 2 again illustrates the principle already explained on the basis of the sectional illustration of a flat heat exchange wall 1.
  • the raised areas symbolize the zones 2 of increased surface roughness or reduced adhesive tension.
  • Such a structure with raised areas is obtained, for example, by applying solid particles to the smooth heat exchange surface 1 with the aid of an adhesive.
  • it is also possible to roughen the heat exchange surface 1 within zones to be determined by a suitable mechanical or chemical processing.
  • the device is designed such that within the medium flowing along the heat exchange surface 1 there is a distribution of the flow velocity at which the maximum gradient occurring in the planes parallel to the heat exchange surface within the thermal boundary layer between the regions of different speeds deviates from the main flow direction 5 and causes the thermal boundary layer to tear, while the flow remains largely unaffected.
  • Different possibilities are conceivable for the course of the strip-shaped zones 2, 3 of increased surface roughness or reduced adhesive tension.
  • the strips can run exactly parallel to the main flow direction 5 or, as illustrated in FIG. 4, they can be inclined at a small angle to the main flow direction 5.
  • the specific geometry or the type of formation of the zones 2, 3 with different surface roughness or different adhesive tension depends in particular on the type of medium flowing along the heat exchange surface 1 and is also determined by its flow rate.

Abstract

The invention relates to a method for improving heat transfer between flowing gaseous or liquid media and a heat exchanging surface, as well as to a device to transfer heat between gaseous and/or liquid media, in which the heat transfer between said media is carried out using the inventive method via a heat exchanging surface (1) that separates the media. The improvement of heat transfer between the flowing media and the heat exchanging surface (1) is accomplished by producing a distribution of the flow speed of the flowing medium that tears the thermal boundary layer in the area of transfer between the flowing medium and the heat exchanging surface. Neighboring flow strings having different flow speed are thus formed in the vicinity of the heat exchanging surface (1). For this purpose, the heat exchanging surface (1) of the device has areas (2,3) exhibiting different surface roughness or adhesive tension on the side facing the flowing medium, wherein the maximum gradient resulting from the change of the surface roughness or adhesive tension deviates from the main direction of flow (4).

Description

Verfahren zur Verbesserung des Wärmeübergangs und Vorrichtung zum WärmeaustauschProcess for improving heat transfer and device for heat exchange
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwi- sehen strömenden gasförmigen oder flüssigen Medien und einer Wärmeaustauschfläche sowie eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen gasförmigen und/oderflüssigen Medien, bei der der Wärmeaustausch zwischen diesen Medien unter Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens über eine die Medien voneinander trennende Wärmeaustauschfläche erfolgt.The invention relates to a method for improving the heat transfer between flowing gaseous or liquid media and a heat exchange surface and a device for heat exchange between gaseous and / or liquid media, in which the heat exchange between these media using the method according to the invention via a separating the media Heat exchange surface takes place.
Es ist bekannt, den Wärmeaustausch zwischen gasförmigen und/oder flüssigen Medien dadurch zu bewirken, daß eines der Medien an einer Wärmeaustauschfläche entlangströmt, und der Wärmeaustausch mit dem Medium auf der anderen Seite dieser Wärmeaustauschfläche durch Wärmeleitung und Konvektion erfolgt. Solche Wärmeaustauschsysteme finden auf vielen technischen Gebieten Anwendung. Sie dienen dazu, entweder die in einer Vorrichtung oder Anlage gebildete Wärme abzuführen - ein Beispiel hierfür ist die Wasserkühlung in Kraftfahrzeugen - oder einem System gezielt Wärme zuzuführen. Um die Übertragung der Wärme des strömenden Mediums auf die Wärmeaustauschfläche zu verbessern, ist es bekannt, für das an der Wärmeaustauschfläche entlangströmende Medium eine möglichst große Oberfläche auszubilden. Zur Vergrößerung der wirksamen Oberfläche werden daher Austauschflächen vielfach in geeigneter Weise profiliert bzw. strukturiert. So ist es bekannt, auf der Wärmeaustauschfläche abwechselnd Erhebungen und Vertiefungen auszubilden oder auf der Oberfläche rippen- bzw. pyramidenförmige Geometrien anzuordnen. Die Fertigung solchermaßen strukturierter Elemente für Wärmeaustauscher ist vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv. Eine entsprechende Ausbildung rohrförmiger Elemente für den Wärmeaustausch ist beispielsweise aus der OS 24 22 340 bekannt. Die Schrift lehrt es, ein solches metallisches Rohr aus einem zusammengeschweißten Metallband zu fertigen. Bei der Fertigung wird während der Vorwärtsbewegung des aus einem Bandvorrat ablaufenden Bandes an mindestens einer seiner Oberflächen mittels entsprechend strukturierter Walzen ein Muster eingeprägt. Gemäß der Schrift ist eine Weiterbildung der Erfindung dadurch gegeben, daß der Prozeß der Musterbildung während der Vorwärtsbewegung des Bandes zeitweise unterbrochen wird. In dem später durch das Schweißen erhaltenen Rohr sind dann in der Strömungsrichtung eines das Rohr durchflutenden Mediums strukturierte Oberflächenbereiche ausgebildet, die von glattwandigen Bereichen unterbrochen werden. Neben dem bereits erwähnten Nachteil einer relativ auf wendigen Fertigung, sind bei solchermaßen ausgebildeten Anordnungen unerwünschte Strömungsverluste festzustellen.It is known to effect the heat exchange between gaseous and / or liquid media in that one of the media flows along a heat exchange surface and the heat exchange with the medium takes place on the other side of this heat exchange surface by heat conduction and convection. Such heat exchange systems are used in many technical fields. They are used either to dissipate the heat generated in a device or system - an example of this is water cooling in motor vehicles - or to specifically supply heat to a system. In order to improve the transfer of the heat of the flowing medium to the heat exchange surface, it is known to form as large a surface as possible for the medium flowing along the heat exchange surface. In order to increase the effective surface, exchange surfaces are often profiled or structured in a suitable manner. It is known to alternately form elevations and depressions on the heat exchange surface or to arrange rib-shaped or pyramid-shaped geometries on the surface. The manufacture of elements structured in this way for heat exchangers is comparatively complex and cost-intensive. A corresponding design of tubular elements for heat exchange is known for example from OS 24 22 340. The document teaches to produce such a metallic tube from a welded metal strip. During production, a pattern is embossed on at least one of its surfaces during the forward movement of the strip running out of a strip supply by means of appropriately structured rollers. According to the document, a further development of the invention is given in that the process of pattern formation is temporarily interrupted during the forward movement of the belt. Surface areas structured in the flow direction of a medium flowing through the tube are then formed in the tube which is later obtained by welding and are interrupted by smooth-walled regions. In addition to the already mentioned disadvantage of a relative on agile production, undesirable flow losses can be determined with arrangements designed in this way.
Eine andere, sehr spezielle Lösung wird durch die DE 42 05 080 offenbart. Die in der Schrift beschriebene Wärmeübertragungsröhre weist eine durch geometrische Elemente strukturierte Innenfläche auf. Die zur Strukturierung dienenden Elemente, welche in der Beschreibung als Rauhigkeitselemente bezeichnet werden, weisen eine definierte und für den jeweiligen Einsatzzweck festgelegte geometrische Form auf und sind regelmäßig auf der Oberfläche der mit der Strömung in Kontakt kommenden Fläche verteilt. Unter Verweis darauf, daß andere Formen denkbar sind, wird die Erfindung anhand einer Struktur erläutert, bei der jedes, der der Strukturierung dienenden Elemente als Pyramidenstumpf mit einer im Verhältnis zum Rohrinnendurchmesser definierten Höhe ausgebildet ist. Ebenso werden definierte Verhältnisse zwischen Kopf- und Grundbreite der pyramidenförmigen Elemente angegeben, welche entsprechend einer weiteren Ausgestaltung außerdem eine definierte Ausrich- tung in Bezug auf die durch das Rohr geführte Strömung aufweisen - nämlich die Ausrichtung einer Ecke der Pyramidenbasis in Anströmrichtung. Zudem weisen die Strukturelemente untereinander vorgegebene gleiche Abstände auf. Die Bezeichnung der Elemente als Rauhigkeitselemente leitet sich dabei aus dem geringen Verhältnis zwischen dem Rohrinnendurchmesser des Wärmetauscherrohres und der Höhe der Strukturelemente ab, wodurch eine Mikrostrukturierung der Rohrinnenfläche erreicht wird, welche eine vergleichsweise nur geringe Erhöhung von Strömungsverlusten zur Folge hat. Durch die gewählte Struktur wird zwar eine den Wärmeübergang begünstigende Verwirbelung der Strömung erreicht, jedoch ist der für die Strukturierung erforderliche Fertigungsaufwand beträchtlich. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung des Wärmeaustausches durch einen verbesserten Wärmeübergang zwischen dem fließenden Medium und der Wärmeaustauschfläche besteht nach Dipprey und Sabersky "Heat and momentum transfer in smooth and rough tubes" in Int. J. Heat Mass Transfer vol. 6 pp. 329-353 darin, die gesamte Oberfläche der Wärmeaustauschfläche aufzurauhen. Durch das Aufrauhen der Oberfläche wird dabei ebenfalls deren Vergrößerung und eine Verwirbelung der Strömung erreicht. Der zur praktischen Umsetzung dieser Maßnahme erforderliche Aufwand ist sicherlich erheblich geringer, als bei der vorher beschriebenen Lösung, das Wärmeübergangsverhalten verbessert sich aber vergleichsweise nur gering. Andere Überlegungen gehen davon aus, die Anströmgeschwindigkeit des auf die Wärmeaustauschfläche geführten Mediums zu erhöhen bzw. das Medium schrauben- förmig zu führen oder es Schwingungen bzw. elektrischen Wechselfeldern auszusetzen. Auch diese Maßnahmen sind verhältnismäßig aufwendig und zudem nicht auf alle dem Wärmeaustausch dienende Anordnungen anwendbar. So kommt beispielsweise eine schraubenförmige Führung des Mediums bei einer ebenen Wärme- austauschfläche nicht in Betracht.Another very special solution is disclosed by DE 42 05 080. The heat transfer tube described in the document has an inner surface structured by geometric elements. The structuring elements, which are referred to in the description as roughness elements, have a defined geometric shape that is defined for the respective application and are regularly distributed on the surface of the surface coming into contact with the flow. With reference to the fact that other shapes are conceivable, the invention is explained on the basis of a structure in which each structure-serving element is designed as a truncated pyramid with a height defined in relation to the inner diameter of the tube. Likewise, defined relationships between the head and base width of the pyramid-shaped elements are specified, which, in accordance with a further embodiment, also have a defined orientation with respect to the flow through the tube - namely the orientation of a corner of the pyramid base in the direction of flow. In addition, the structural elements have the same spacing from one another. The designation of the elements as roughness elements is derived from the small ratio between the pipe inside diameter of the heat exchanger pipe and the height of the structural elements, whereby microstructuring of the pipe inside surface is achieved, which results in a comparatively small increase in flow losses. Although the selected structure achieves a turbulence of the flow that promotes heat transfer, the manufacturing effort required for the structuring is considerable. According to Dipprey and Sabersky, "Heat and momentum transfer in smooth and rough tubes" in Int. Is another possibility for improving the heat exchange through an improved heat transfer between the flowing medium and the heat exchange surface. J. Heat Mass Transfer vol. 6 pp. 329-353 in roughening the entire surface of the heat exchange surface. Roughening the surface also enlarges it and swirls the flow. The effort required for the practical implementation of this measure is certainly considerably less than in the solution described above, but the heat transfer behavior improves comparatively only slightly. Other considerations assume increasing the flow velocity of the medium guided onto the heat exchange surface or screwing the medium. shape or expose it to vibrations or alternating electrical fields. These measures are also relatively complex and, moreover, are not applicable to all heat exchange arrangements. For example, a helical guidance of the medium with a flat heat exchange surface is out of the question.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit welchem auf einfache und wirkungsvolle Weise eine Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen strömenden gasförmigen oder flüssigen Medien und einer Wärmeaustauschfläche erreicht wird. Die Aufgabe besteht weiterhin darin, eine das Verfahren nutzende Vorrichtung für den Wärmeaustausch zwischen flüssigen und/oder gasförmigen Medien zu schaffen.The object of the present invention is to provide a method with which an improvement in the heat transfer between flowing gaseous or liquid media and a heat exchange surface is achieved in a simple and effective manner. The object further consists in creating a device using the method for heat exchange between liquid and / or gaseous media.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen einem strömenden gasförmigen oder flüssigen Medium und einer Wärmeaustauschfläche löst die gestellte Aufgabe, indem im Bereich des Übergangs zwischen dem strömenden Medium und der Wärmeaustauschfläche eine Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums erzeugt wird, welche die sich in diesem Bereich ausbildende thermische Grenzschicht aufreißt. Eine solche Geschwindigkeits- Verteilung ist durch das Vorhandensein von Bereichen mit einem starken Geschwindigkeitsgefälle in der Nähe der Wärmeaustauschfläche, innerhalb der thermischen Grenzschicht geprägt. Hierdurch kommt es zu einer verstärkten Reibung der Fluidpartikel in deren Folge eine verstärkte Verwirbelung des Fluids entsteht. Die Verwirbelung greift in die sich zwischen dem Fluid und der Wärmeaustauschfläche ausbildende thermische Grenzschicht ein und reißt diese auf. Dadurch wird der Wärmeübergang zwischen dem strömenden Medium und der Wärmeaustauschfläche entscheidend verbessert.The method according to the invention for improving the heat transfer between a flowing gaseous or liquid medium and a heat exchange surface achieves the object by generating a distribution of the flow velocity of the flowing medium in the region of the transition between the flowing medium and the heat exchange surface, which distribution is in this region forming thermal boundary layer tears open. Such a velocity distribution is characterized by the presence of areas with a large velocity gradient near the heat exchange surface within the thermal boundary layer. This results in an increased friction of the fluid particles, as a result of which there is an increased swirling of the fluid. The swirl engages in the thermal boundary layer that forms between the fluid and the heat exchange surface and tears it open. This significantly improves the heat transfer between the flowing medium and the heat exchange surface.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorteilhaft so ausgestaltet, daß das Aufreißen der thermischen Grenzschicht durch eine Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt wird, bei der am Übergang zwischen dem strömenden Medium und der Wärmeaustauschfläche Bereiche niedriger Strömungsgeschwindigkeit und Bereiche höherer Strömungsgeschwindigkeit einander abwechseln. Dabei bildet sich die zwischen diesen Bereichen erzwungene Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit so aus, daß in der thermischen Grenzschicht, innerhalb der parallel zur Wärmeaustauschfläche gelegenen Ebenen jeweils ein maximaler Geschwindigkeitsgradient entsteht, der abweichend von der Hauptströmungsrichtung des strömenden Mediums verläuft, während die Strömung außerhalb der thermischen Grenzschicht nahezu unbeeinflußt bleibt. Die Hauptströmungsrichtung ist dabei diejenige Strömungsrichtung in welche sich das strömende Medium abgesehen von Turbulenzen und Querströmungen im we- sentlichen bewegt, also die Richtung des größten Volumenstroms. Bei rohrförmigen Wärmeaustauschsystemen mit einem geraden Wärmeaustauschrohr entspricht diese Richtung der Rohrlängsachse. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens weist der sich in der thermischen Grenzschicht, innerhalb der parallel zur Wärmeaustauschfläche gelegenen Ebenen jeweils ausbildende maximale Ge- schwindigkeitsgradient gegenüber der Hauptströmungsrichtung einen rechten Winkel auf.The method according to the invention is advantageously designed in such a way that the thermal boundary layer is torn open by a distribution of the flow velocity, in which regions of low flow velocity and regions of higher flow velocity alternate at the transition between the flowing medium and the heat exchange surface. The distribution of the flow velocity forced between these areas is formed in such a way that in the thermal boundary layer, within the planes lying parallel to the heat exchange surface, a maximum velocity gradient is created in each case deviates from the main flow direction of the flowing medium, while the flow outside the thermal boundary layer remains almost unaffected. The main direction of flow is the direction of flow in which the flowing medium, apart from turbulence and cross-flows, essentially moves, ie the direction of the largest volume flow. In the case of tubular heat exchange systems with a straight heat exchange tube, this direction corresponds to the longitudinal axis of the tube. According to a particularly advantageous embodiment of the method, the maximum velocity gradient that forms in the thermal boundary layer, within the planes parallel to the heat exchange surface, has a right angle with respect to the main flow direction.
Eine das erfindungsgemäße Verfahren nutzende Vorrichtung zum Wärmeaustausch geht von dem allgemein bekannten Grundprinzip solcher Vorrichtungen aus und weist eine Wärmeaustauschfläche auf, an welcher mindestens ein gasförmiges oder flüssiges Medium entlangströmt. Der Wärmeaustausch zwischen diesem strömenden Medium und dem Medium auf der anderen Seite der Wärmeaustauschfläche erfolgt durch die Wärmeleitfähigkeit der Wärmeaustauschfläche und den durch Wärmeleitung und Konvektion bewirkten Wärmeübergang zwischen dem jeweiligen Medium und der Wärmeaustauschfläche. Zur Erreichung des gemäß dem erfin- dungsgemäßen Verfahren angestrebten Effektes, sind an der dem strömenden Medium zugewandten Seite der Wärmeaustauschfläche Zonen unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeit ausgebildet, wobei der sich jeweils aus der Veränderung der Oberflächenrauhigkeit ergebende maximale Gradient abweichend von der Hauptströmungsrichtung des strömenden Mediums verläuft. Die gleiche Wirkung läßt sich mit einer Vorrichtung, die ebenfalls nach dem bekannten Grundprinzip aufgebaut ist, dadurch erreichen, daß die Wärmeaustauschfläche an der dem strömenden Medium zugewandten Seite Zonen mit unterschiedlicher Haftspannung in bezug auf das strömende und sie benetzende Medium aufweist, wobei der sich im Bereich des Übergangs der Zonen unterschiedlicher Haftspannung ergebende maximale Gradient der Haftspannungsänderung abweichend von der Hauptströmungsrichtung verläuft. Dies kann beispielsweise bei einem Wärmeaustauschrohr aus Metall dadurch erreicht werden, daß auf die Innenwandung des Rohres zonenweise ein Material mit niedrigerer Benetzungsfähigkeit und in Folge dessen verringerter Haftspannung aufgebracht wird. Denkbar ist dabei der Einsatz eines ent- sprechenden Kunststoffes oder von Graphit, jedoch sind selbstverständlich auch andere Materialien verwendbar.A device for heat exchange using the method according to the invention is based on the generally known basic principle of such devices and has a heat exchange surface along which at least one gaseous or liquid medium flows. The heat exchange between this flowing medium and the medium on the other side of the heat exchange surface takes place through the thermal conductivity of the heat exchange surface and the heat transfer caused by thermal conduction and convection between the respective medium and the heat exchange surface. In order to achieve the effect desired according to the method according to the invention, zones of different surface roughness are formed on the side of the heat exchange surface facing the flowing medium, the maximum gradient resulting from the change in the surface roughness deviating from the main flow direction of the flowing medium. The same effect can be achieved with a device, which is also constructed according to the known basic principle, in that the heat exchange surface on the side facing the flowing medium has zones with different adhesive stress with respect to the flowing and wetting medium, whereby the Area of the transition of the zones of different adhesive tension resulting maximum gradient of the adhesive tension change deviates from the main flow direction. This can be achieved, for example, in the case of a metal heat exchange tube, in that a material with a lower wettability and, as a result thereof, reduced adhesive tension is applied zone by zone to the inner wall of the tube. It is conceivable to use an appropriate talking plastic or graphite, but of course other materials can be used.
Zur Erzeugung der Zonen unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeit kommen zwei Möglichkeiten in Betracht. Gemäß einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung weist das Material, aus dem die Austauschfläche gebildet ist, infolge einer entsprechenden Oberflächenbehandlung selbst Zonen erhöhter Oberflächenrauhigkeit auf. Die Zonen mit erhöhter Oberflächenrauhigkeit können aber in vorteilhafterweise auch dadurch gebildet werden, daß auf einzelne Bereiche der Wärmeaustauschfläche Feststoffpartikel aufgebracht werden. Die Feststoffpartikel werden dabei mittels eines Haftmittels partiell auf die Oberfläche einer Wärmeaustauschfläche aufgetragen.There are two ways of creating zones of different surface roughness. According to an embodiment of the device according to the invention, the material from which the exchange surface is formed has zones of increased surface roughness as a result of a corresponding surface treatment. The zones with increased surface roughness can also advantageously be formed by applying solid particles to individual areas of the heat exchange surface. The solid particles are partially applied to the surface of a heat exchange surface using an adhesive.
Bei einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Zonen mit erhöhter Oberflächenrauhigkeit oder mit verringerter Haftspannung in Form von Streifen ausgebildet, die parallel oder in einem geringen Winkel zur Hauptströmungsrichtung des strömenden Mediums verlaufen.In an advantageous embodiment of the device according to the invention, the zones with increased surface roughness or with reduced adhesive tension are designed in the form of strips which run parallel or at a slight angle to the main direction of flow of the flowing medium.
Im Sinne der Erfindung ist es, wenn die Wärmeaustauschfläche der Vorrichtung als Rieselfilmverdampfer ausgebildet ist.It is within the meaning of the invention if the heat exchange surface of the device is designed as a falling film evaporator.
Es ist weiterhin im Sinne der Erfindung, wenn die Zonen unterschiedlicher Rauhigkeit oder Haftspannung an der dem strömenden Medium zugewandten Seite der Wärmeaustauschfläche durch Mittel ausgebildet sind, die ortsfest, eng anliegend und austauschbar mit der Wärmeaustauschfläche in eine Wirkverbindung gebracht sind. Bei einem Wärmeaustauschrohr wäre dabei beispielsweise an ein sich eng an die Rohrinnenfläche anschmiegendes, nur Längsstreben aufweisendes Gitter zu denken, welches an den Rohrenden befestigt ist und dessen Streben eine gegenüber der Rohrinnenwand erhöhte Rauhigkeit oder verringerte Haftspannung aufweisen. Das Verhältnis der Oberflächenrauhigkeit oder der Haftspannung zwischen den einzelnen Zonen kann so durch eine geeignete Wahl des Gittermaterials an die Strömungsverhältnisse und/oder die Art des strömenden Mediums angepaßt werden.It is furthermore within the meaning of the invention if the zones of different roughness or adhesive tension on the side of the heat exchange surface facing the flowing medium are formed by means which are brought into an active connection with the heat exchange surface in a fixed, tight-fitting and exchangeable manner. In the case of a heat exchange tube, for example, one would have to think of a grille that closely clings to the inner surface of the tube and has only longitudinal struts, which is attached to the tube ends and whose struts have an increased roughness or reduced adhesive tension compared to the inner tube wall. The ratio of the surface roughness or the adhesive tension between the individual zones can thus be adapted to the flow conditions and / or the type of flowing medium by a suitable choice of the grid material.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine deutliche Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem strömenden Medium und der Wärmeaustauschfläche aus. Dieser vorteilhafte Effekt wird durch das unmittelbare Eingreifen in die thermische Grenzschicht, welche einen Widerstand für die übergehende Wärme darstellt, erreicht. Dabei wird die Strömung nur unmittelbar in der Nähe der Trennfläche beeinflußt, während sie ansonsten im wesentlichen unbeein- flußt bleibt. Die entstehenden Strömungs- bzw. Energieverluste sind daher äußerst gering. Zudem ist das Verfahren in der Praxis leicht umsetzbar, da sich mögliche Vorrichtungen, welche dieses Verfahren nutzen, in ihrem Aufbau vergleichsweise einfach gestalten. Dadurch, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Wärmeaus- tauschfläche aufweist, deren Oberfläche nur partiell in ihren Eigenschaften verändert ist, wird in unmittelbarer Nähe der Wärmeaustauschfläche eine das Aufreißen der thermischen Grenzschicht ermöglichende Geschwindigkeitsverteilung erzielt, ohne daß dabei dem strömenden Medium ein nennenswerter Strömungswiderstand entgegenwirkt. Durch die geeignete, alternierende Anordnung streifenförmiger Bereiche unterschiedlicher Rauhigkeit bzw. Haftspannung wird einerseits die angestrebte Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht, während andererseits das Entstehen von Querströmungen zwischen den Zonen unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit und damit eine zusätzliche Verwirbelung des Fluids begünstigt wird. Es entstehen somit in unmittelbarer Nähe der Wärmeaustauschfläche benachbarte Strömungsstränge mit unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeit, durch welche sich ein auf diesen, etwa der Dicke der thermischen Grenzschicht entsprechenden Bereich begrenztes spezifisches Strömungsprofil einstellt, das den Wärmetransport vom bzw. zum Fluid in außergewöhnlicher Weise begünstigt. Die konkreten geometrischen Verhältnisse sind ebenso wie das Verhältnis zwischen hoher und niedriger Rauhigkeit bzw. niedriger und hoher Haftspannung von den Anströmbedingungen und der Art des strömenden Fluids abhängig. So ist bei flüssigen Medien davon auszugehen, daß der zur Erzielung des angestrebten Effekts erforderliche Unterschied der Oberflächenrauhigkeit oder der Haftspannung desto geringer ist, je höher viskos das an der Wärmeaustauschfläche entlangströmende Fluid ist und umgekehrt.The inventive method is characterized by a significant improvement in the heat transfer between the flowing medium and the heat exchange surface. This advantageous effect is achieved by the direct intervention in the thermal boundary layer, which represents a resistance to the passing heat. The flow is influenced only in the immediate vicinity of the interface, while it is otherwise essentially unaffected. flows. The resulting flow and energy losses are therefore extremely low. In addition, the method is easy to implement in practice, since possible devices which use this method have a comparatively simple structure. Because the device according to the invention has a heat exchange surface, the surface of which is only partially changed in its properties, a speed distribution which enables the thermal boundary layer to be torn open is achieved in the immediate vicinity of the heat exchange surface, without any significant resistance to flow being counteracted by the flowing medium. The suitable, alternating arrangement of strip-shaped areas of different roughness or adhesive tension on the one hand achieves the desired distribution of the flow velocity, while on the other hand the formation of cross flows between the zones of different surface properties and thus an additional swirling of the fluid is promoted. This creates in the immediate vicinity of the heat exchange surface adjacent flow lines with different flow velocities, through which a specific flow profile is established which corresponds to this area, corresponding approximately to the thickness of the thermal boundary layer, which promotes the heat transport from or to the fluid in an extraordinary manner. The specific geometrical relationships, like the ratio between high and low roughness or low and high adhesive tension, depend on the inflow conditions and the type of flowing fluid. In the case of liquid media, it can be assumed that the higher the viscosity of the fluid flowing along the heat exchange surface and vice versa, the smaller the difference in surface roughness or adhesive tension required to achieve the desired effect.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing:
Fig. 1: Eine Wärmeaustauschvorrichtung in Form eines Wärmeaustauschrohres, dessen Innenfläche im Sinne der Erfindung ausgebildet ist,1: a heat exchange device in the form of a heat exchange tube, the inner surface of which is designed in accordance with the invention,
Fig. 2: Die Schnittdarstellung einer ebenen Wärmeaustausch wand,2: The sectional view of a flat heat exchange wall,
Fig. 3, 4: Mögliche Ausgestaltungen im Hinblick auf die Ausbildung der Zonen erhöhter Oberflächenrauhigkeit bzw. verringerter Haftspannung. In der Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Prinzip anhand eines rohrförmigen Wärmeaustauschers verdeutlicht. Das Rohr wird von einem gasförmigen oder flüssigen Medium durchströmt. Durch den infolge von Konvektion und Wärmeleitung stattfindenden Wärmeübergang erfolgt über das das Rohr ausbildende Material ein Wärme- austausch zwischen dem strömenden Medium und dem das Rohr umgebenden Medium. Bei dem umgebenden Medium handelt es sich, je nach Verwendungszweck, ebenfalls um ein gasförmiges oder flüssiges Medium, Im Rohrinneren sind die in der Abbildung dunkel abgesetzt gezeichneten Zonen 2 mit einer erhöhten Oberflächenrauhigkeit oder mit verringerter Haftspannung ausgebildet. In dem dargestell- ten Beispiel verlaufen diese Zonen 2 streifenförmig entlang der gesamten Rohrlänge gleichmäßig über den Rohrumfang verteilt und werden jeweils von parallel verlaufenden Zonen 3 niedriger Oberflächenrauhigkeit unterbrochen. Die ausgebildete Streifenstruktur verläuft parallel zur Hauptströmungsrichtung 5 des durch das Rohr strömenden Mediums. Die durch den angetragenen Pfeil gekennzeichnete Hauptströ- mungsrichtung 5 ist die Richtung, in welche sich das strömende Medium abgesehen von den auftretenden Turbulenzen und Querströmungen im wesentlichen bewegt. Bei der dargestellten rohrförmigen Anordnung bewegt sich die Strömung parallel zur Längsachse des Rohres. Zwischen den Zonen 2 höherer Oberflächenrauhigkeit und den Zonen 3 niedriger Oberflächenrauhigkeit ist somit eine Änderung der Oberflächenrauhigkeit gegeben, deren Gradient in einem Winkel von 90° zur Hauptströmungsrichtung verläuft. Soweit sich die dargestellten Zonen 2, 3 nicht durch ihre Rauhigkeit, sondern durch ihre Haftspannung unterscheiden, gilt entsprechendes für den Gradienten der Haftspannungsänderung. Der sich beim Durchströmen der dargestellten Struktur ein- stellende Effekt kann im Falle des Vorhandenseins von Zonen 2, 3 mit unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeit wie folgt beschrieben werden:3, 4: Possible configurations with regard to the formation of the zones of increased surface roughness or reduced adhesive tension. In Fig. 1 the principle of the invention is illustrated using a tubular heat exchanger. A gaseous or liquid medium flows through the tube. Due to the heat transfer due to convection and heat conduction, a heat exchange takes place between the flowing medium and the medium surrounding the tube via the material forming the tube. Depending on the intended use, the surrounding medium is also a gaseous or liquid medium. In the interior of the pipe, the zones 2 shown in dark contrast are formed with increased surface roughness or with reduced adhesive tension. In the example shown, these zones 2 run in strips along the entire length of the tube, evenly distributed over the circumference of the tube, and are each interrupted by zones 3 of low surface roughness running in parallel. The strip structure formed runs parallel to the main flow direction 5 of the medium flowing through the tube. The main flow direction 5, indicated by the arrow, is the direction in which the flowing medium, apart from the turbulence and cross-flow, essentially moves. In the tubular arrangement shown, the flow moves parallel to the longitudinal axis of the tube. There is thus a change in surface roughness between zones 2 of higher surface roughness and zones 3 of lower surface roughness, the gradient of which is at an angle of 90 ° to the main flow direction. Insofar as the zones 2, 3 shown differ not by their roughness but by their adhesive tension, the same applies accordingly to the gradient of the change in adhesive tension. The effect of the flow through the structure shown can be described as follows in the presence of zones 2, 3 with different surface roughness:
Unmittelbar in der Wandnähe des Rohres bilden sich unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten in dem Strömungsmedium aus. Dabei strömt das Medium an den Zonen 2 erhöhter Oberflächenrauhigkeit langsamer entlang als an den Zonen 3, wo die Rohrinnenwand eine geringere Oberflächenrauhigkeit aufweist bzw. glatt ist. Durch das sich einstellende Strömungsbild reißt die sich zwischen dem strömenden Medium und der Wärmeaustauschfläche ausbildende thermische Grenzschicht auf. Dies geschieht infolge der verstärkten Reibung zwischen den Fluidpartikeln und der dadurch unmittelbar in der Wandnähe verursachten Verwirbelungen. Es hat sich nun gezeigt, daß durch dieses Aufreißen der thermischen Grenzschicht ein signifikant besserer Wärmeübergang zwischen dem strömenden Medium und der Wärmeaustauschfläche 1 erfolgt. In der Folge führt dieser verbesserte Wärmeübergang zwischen dem strömenden Medium und der Wärmeaustauschfläche 1 natürlich auch zu einem verbesserten Wärmeübergang auf das auf der anderen Seite der Wärmeaus- tauschfläche 1 befindliche Medium.Different flow velocities are formed in the flow medium directly in the vicinity of the wall of the pipe. The medium flows along zones 2 of increased surface roughness more slowly than at zones 3, where the pipe inner wall has a lower surface roughness or is smooth. The resulting flow pattern tears open the thermal boundary layer that forms between the flowing medium and the heat exchange surface. This happens as a result of the increased friction between the fluid particles and the turbulence caused thereby directly near the wall. It has now been shown that this tearing open the thermal boundary layer significantly better heat transfer between the flowing medium and the heat exchange surface 1 takes place. As a result, this improved heat transfer between the flowing medium and the heat exchange surface 1 naturally also leads to an improved heat transfer to the medium located on the other side of the heat exchange surface 1.
Ähnliche Verhältnisse stellen sich bei der Ausbildung mit Zonen 2, 3 unterschiedlicher Haftspannung ein. An den Zonen 2 mit geringer Oberflächenaktivität, also mit verringerter Haftspannung strömt das an der Wärmeaustauschfläche entlanggeführte Medium schneller vorbei als an solchen, mit einer guten Benetzungsfähigkeit. So kann ein üblicherweise metallisches Wärmeaustauschrohr an der der Strömung zugewandten Seite zonenweise mit einer dünnen Kunststoff Schicht versehen sein, welche eine vergleichsweise geringe Haftspannung aufweist. Die Fig. 2 verdeutlicht das bereits erläuterte Prinzip nochmals anhand der Schnittdarstellung einer ebenen Wärmeaustauschwand 1. Die erhabenen Bereiche symboli- sieren dabei die Zonen 2 erhöhter Oberflächenrauhigkeit oder verringerter Haftspannung. Eine solche Struktur mit erhabenen Bereichen wird beispielsweise erhalten, indem auf die an sich glatte Wärmeaustauschfläche 1 unter Zuhilfenahme eines Haftmittels Feststoffpartikel aufgetragen werden. Es ist aber auch möglich, die Wärmeaustauschfläche 1 innerhalb festzulegender Zonen durch eine geeignete mechani- sehe oder chemische Bearbeitung aufzurauhen. Wesentlich ist, daß die Vorrichtung so ausgebildet ist, daß innerhalb des an der Wärmeaustauschfläche 1 entlang strömenden Mediums eine Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit ergibt, bei welcher der sich in den parallel zur Wärmeaustauschfläche, innerhalb der thermischen Grenzschicht gelegenen Ebenen entstehende maximale Gradient zwischen den Bereichen unterschiedlicher Geschwindigkeit abweichend von der Hauptströmungsrichtung 5 verläuft und das Aufreißen der thermischen Grenzschicht bewirkt, während die Strömung im übrigen weitesgehend unbeeinflußt bleibt. Für den Verlauf der streifen- förmigen Zonen 2, 3 erhöhter Oberflächenrauhigkeit oder verringerter Haftspannung sind dabei unterschiedliche Möglichkeiten denkbar. Die Streifen können gemäß Fig. 3 exakt parallel zur Hauptströmungsrichtung 5 verlaufen oder sie können, wie in der Fig. 4 verdeutlicht, in einem geringen Winkel zur Hauptströmungsrichtung 5 geneigt sein. Die konkrete Geometrie bzw. die Art der Ausbildung der Zonen 2, 3 mit unterschiedlicher Oberflächenrauhigkeit bzw. unterschiedlicher Haftspannung hängt dabei insbesondere von der Art des an der Wärmeaustauschfläche 1 entlangströmenden Mediums ab und wird zudem durch dessen Strömungsgeschwindigkeit bestimmt. Similar conditions arise when training with zones 2, 3 of different adhesive tension. Zones 2 with low surface activity, i.e. with reduced adhesive tension, flow past the medium along the heat exchange surface faster than those with good wetting ability. For example, a usually metallic heat exchange tube can be provided in zones on the side facing the flow with a thin plastic layer which has a comparatively low adhesive tension. FIG. 2 again illustrates the principle already explained on the basis of the sectional illustration of a flat heat exchange wall 1. The raised areas symbolize the zones 2 of increased surface roughness or reduced adhesive tension. Such a structure with raised areas is obtained, for example, by applying solid particles to the smooth heat exchange surface 1 with the aid of an adhesive. However, it is also possible to roughen the heat exchange surface 1 within zones to be determined by a suitable mechanical or chemical processing. It is essential that the device is designed such that within the medium flowing along the heat exchange surface 1 there is a distribution of the flow velocity at which the maximum gradient occurring in the planes parallel to the heat exchange surface within the thermal boundary layer between the regions of different speeds deviates from the main flow direction 5 and causes the thermal boundary layer to tear, while the flow remains largely unaffected. Different possibilities are conceivable for the course of the strip-shaped zones 2, 3 of increased surface roughness or reduced adhesive tension. According to FIG. 3, the strips can run exactly parallel to the main flow direction 5 or, as illustrated in FIG. 4, they can be inclined at a small angle to the main flow direction 5. The specific geometry or the type of formation of the zones 2, 3 with different surface roughness or different adhesive tension depends in particular on the type of medium flowing along the heat exchange surface 1 and is also determined by its flow rate.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen einem gasförmigen oder einem flüssigen Medium und einer Wärmeaustauschfläche, wobei das gasförmige oder flüssige Medium unter Ausbildung einer thermischen Grenzschicht an der Wärmeaustauschfläche entlangströmt, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Übergangs zwischen dem strömenden Medium und der Wärmeaustauschfläche eine die thermische Grenzschicht aufreißende Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit des strömenden Mediums erzeugt wird.1. A method for improving the heat transfer between a gaseous or a liquid medium and a heat exchange surface, the gaseous or liquid medium flowing along to form a thermal boundary layer on the heat exchange surface, characterized in that in the region of the transition between the flowing medium and the heat exchange surface the thermal boundary layer tearing distribution of the flow velocity of the flowing medium is generated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufreißen der thermischen Grenzschicht durch eine Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit bewirkt wird, bei der am Übergang zwischen dem strömenden Medium und der Wärmeaustauschfläche Bereiche niedriger Strömungsgeschwindigkeit und Bereiche höherer Strömungsgeschwindigkeit einander abwechseln, wobei sich zwischen diesen Bereichen in der thermischen Grenzschicht, innerhalb der parallel zur Wärmeaustauschfläche, gelegenen Ebenen jeweils ein maximaler Geschwindigkeitsgradient ausbildet, der nicht parallel zu der Hauptströmungsrichtung des strömenden Mediums verläuft, während die Strömung außerhalb der thermischen Grenzschicht hiervon nahezu unbeeinflußt bleibt.2. The method according to claim 1, characterized in that the tearing of the thermal boundary layer is effected by a distribution of the flow velocity, in which regions of low flow velocity and regions of higher flow velocity alternate at the transition between the flowing medium and the heat exchange surface, alternating between these regions in the thermal boundary layer, within the planes parallel to the heat exchange surface, each form a maximum velocity gradient which is not parallel to the main direction of flow of the flowing medium, while the flow outside the thermal boundary layer remains almost unaffected by this.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der sich in den parallel zur Wärmeaustauschfläche, in der thermischen Grenzschicht gelegenen Ebenen ausbildende maximale Geschwindigkeitsgradient gegenüber der Haupt- Strömungsrichtung einen rechten Winkel aufweist.3. The method according to claim 2, characterized in that the forming in the parallel to the heat exchange surface, in the thermal boundary layer planes maximum velocity gradient with respect to the main flow direction has a right angle.
4. Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen gasförmigen und/oder flüssigen Medien, bei der mindestens ein flüssiges oder gasförmiges Medium an einer Wärmeaustauschfläche entlangströmt und zwischen diesem strömenden Medium und dem anderen, vom ersten Medium durch die Wärmeaustauschfläche getrennten, ebenfalls gasförmigen oder flüssigen Medium ein Wärmeaustausch vermittels der Wärmeleitfähigkeit der Wärmeaustauschfläche erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschfläche (1) an der dem strömenden Medium zugewandten Seite Zonen (2; 3) unterschiedlicher Oberflächenrauhig- keit aufweist, wobei der sich aufgrund der Veränderung der Oberflächenrauhig- keit ergebende maximale Gradient abweichend von der Hauptströmungsrichtung (4) verläuft.4. Device for heat exchange between gaseous and / or liquid media, in which at least one liquid or gaseous medium flows along a heat exchange surface and between this flowing medium and the other, also gaseous or liquid medium, separated from the first medium by the heat exchange surface, also mediates heat exchange The thermal conductivity of the heat exchange surface is characterized in that the heat exchange surface (1) has zones (2; 3) of different surface roughness on the side facing the flowing medium, the surface roughness changing due to the change in the surface roughness. maximum gradient deviating from the main flow direction (4).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der Wärmeaustauschfläche (1) selbst infolge einer entsprechenden Oberflächenbehandlung innerhalb einzelner Zonen (2) eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit aufweist.5. The device according to claim 4, characterized in that the material of the heat exchange surface (1) itself has an increased surface roughness due to a corresponding surface treatment within individual zones (2).
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem strömenden Medium zugewandten Seite der Wärmeaustauschfläche (1) zonen weise mittels eines Haftmittels Feststoffpartikel aufgebracht sind, durch welche diese Zonen (2) eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit aufweisen.6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that on the side facing the flowing medium of the heat exchange surface (1) zones, solid particles are applied by means of an adhesive, through which these zones (2) have an increased surface roughness.
7. Vorrichtung zum Wärmeaustausch zwischen gasförmigen und/oder flüssigen Medien, bei der mindestens ein flüssiges oder gasförmiges Medium an einer7. Device for heat exchange between gaseous and / or liquid media, in which at least one liquid or gaseous medium on one
Wärmeaustauschfläche entlangströmt und zwischen diesem strömenden Medium und dem anderen, vom ersten Medium durch die Wärmeaustauschfläche getrennten, ebenfalls gasförmigen oder flüssigen Medium ein Wärmeaustausch vermittels der Wärmeleitfähigkeit der Wärmeaustauschfläche erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschfläche (1) an der dem strömendenFlows along the heat exchange surface and between this flowing medium and the other, also separated from the first medium by the heat exchange surface, also gaseous or liquid medium, a heat exchange takes place by means of the thermal conductivity of the heat exchange surface, characterized in that the heat exchange surface (1) on the flowing
Medium zugewandten Seite Zonen (2; 3) mit unterschiedlicher Haftspannung in bezug auf das strömende und sie benetzende Medium aufweist, wobei der sich im Bereich des Übergangs der Zonen unterschiedlicher Haftspannung ergebende maximale Gradient der Haftspannungsänderung abweichend von der Hauptströ- mungsrichtung (4) verläuft.Medium-facing side has zones (2; 3) with different adhesive tension in relation to the flowing and wetting medium, the maximum gradient of the adhesive tension change resulting in the region of the transition of the zones with different adhesive tension deviating from the main flow direction (4).
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (2) erhöhter Oberflächenrauhigkeit oder mit verringerter Haftspannung streifenförmig ausgebildet sind und die streifenförmigen Zonen (2) parallel zur Hauptströmungsrichtung (4) des strömenden Mediums verlaufen.8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the zones (2) of increased surface roughness or with reduced adhesive tension are strip-shaped and the strip-shaped zones (2) run parallel to the main flow direction (4) of the flowing medium.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (2) mit erhöhter Oberflächenrauhigkeit oder mit verringerter Haftspannung streifenförmig ausgebildet sind und die streifenförmigen Zo- nen (2) in einem gegenüber der Hauptströmungsrichtung (4) des Mediums geringen Neigungswinkel auf der Wärmeaustauschfläche (1) verlaufen. 9. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the zones (2) with increased surface roughness or with reduced adhesive tension are strip-shaped and the strip-shaped zones (2) in a small compared to the main flow direction (4) of the medium Inclination angles run on the heat exchange surface (1).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschfläche als Rieselfilmverdampfer mit Zonen (2) hoher Oberflächenrauhigkeit und Zonen (3) geringer Oberflächenrauhigkeit oder mit Zonen (2) mit verringerter und Zonen (3) mit erhöhter Haftspannung ausgebil- det ist.10. Device according to one of claims 4 to 9, characterized in that the heat exchange surface as a falling film evaporator with zones (2) high surface roughness and zones (3) with low surface roughness or with zones (2) with reduced and zones (3) with increased adhesive tension - is.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Zonen (2; 3) unterschiedlicher Rauhigkeit oder Haftspannung an der dem strömenden Medium zugewandten Seite der Wärmeaustauschfläche (1) durch Mittel ausgebildet ist, die ortsfest, eng anliegend und austauschbar mit der Wärmeaustauschfläche (1) in eine Wirkverbindung gebracht sind, so daß das Verhältnis der Oberflächenrauhigkeit oder der Haftspannung zwischen den Zonen (2; 3) an die Strömungsverhältnisse und/oder die Art des strömenden Mediums anpaßbar ist. 11. Device according to one of claims 4 to 9, characterized in that one of the zones (2; 3) of different roughness or adhesive tension on the side facing the flowing medium of the heat exchange surface (1) is formed by means which are stationary, close-fitting and are interchangeably connected with the heat exchange surface (1) so that the ratio of the surface roughness or the adhesive tension between the zones (2; 3) can be adapted to the flow conditions and / or the type of flowing medium.
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