Теплообменник

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИ17 1 1 Патентообладатель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия 113 8 117 1 1 Заявитель Учреждение образования Могилевский государственный университет продовольствия 113 8 117 2 1 Автор Федоров Геннадий Степано вич 113 8 1Теплообменник. содержащий кожух. размещенную внутри него теплообменную поверхность с наружными впадинами. отличающийся тем. что теплообменная поверхность образована из полуцилиндрических наружных впадин. соединенных между собой по боковым кромкам. а кожух выполнен в виде выпуклых полуцилиндров. расположенных зеркально теплообменной поверхности и образующих в сечении с последней правильные окружности. при этом с одной стороны кожух снабжен Крышкой и тангенциальными патрубками для ввода нагреваемой среды 1Изобретение относится к теплообменным устройствам. применяемым в энергетике. строительстве. химии. газодобыче. жилищно-коммунальном хозяйстве и пищевой промыщленности. в частности для нагрева воздуха при сушке пиломатериалов. зерна в сис ВУ 8934 С 1 200741248темах теплоснабжения для подогрева воды. используя в качестве возобновляемого источника энергии древесную биомассу щепа опилки. стружки. лигнин. треста и т.п. отходы ). в качестве воздушного конденсатора любых паровИзвестен теплообменник. содержащий кожух и размещенную внутри него теплообменную поверхность с наружными впадинами. Кожух выполнен в виде цилиндра. а теплообменная поверхность - в форме труб с кольцевыми канавками на наружной поверхности. между которыми выполнены кольцевые впадины в форме глобоида наименьший диаметр которого равен наружному диаметру концевых участков трубы Это увеличивает эффективную теплопроводность пристенного слоя за счет дополнительной турбулентности. связанной с глобоидной формой наружной поверхности трубы 1 1 .Недостатками известного теплообменника являютсяслабое интенсифицирующее воздействие на тепловой пограничный слой. т.к его непрерывный срыв не предусмотрен. а именно он лимитирует интенсивность теплоотдачивыполнение турбулизаторов на самой трубе приводит к значительному утонению толщины ее стенки. снижению прочности и коррозийной стойкости трубы. уменьшению срока службы теплообменникакроме того. труба крайне нетехнологична для массового производства из-за увеличения и уменьшения диаметров сопрягаемых участков. что требует выполнения нескольких разных технологических операций.Задачей настоящего изобретения является интенсификация теплообмена путем непрерывного разрушающего воздействия на тепловой пограничный слой. вносящий основное термическое сопротивление. при отстающем росте коэффициента гидравлического сопротивления теплообменника. что уменьшает расход энергии на прокачку нагреваемой среды.Технический результат достигается тем. что в теплообменнике теплообменная поверхность образована из полуцилиндрических наружных впадин. соединенных между собой по боковым кромкам. а кожух выполнен в виде выпуклых полуцилиндров. расположенных зеркально теплообменной поверхности и образующих в сечении с последней правильные окружности. при этом с одной стороны кожух снабжен крышкой и тангенциальными патрубками для ввода нагреваемой средыИзвестно. что термическое сопротивление. однозначно определяющее интенсивность теплообмена неравномерно распределено по сечению потока нагреваемой среды. В основном. оно сосредоточено в узкой пристенной области. причем в тепловом пограничном слое. например при прокачке воздуха. срабатывается до 85 температурного напора. Следовательно. нужно воздействовать именно на эту область Дополнительная турбулизация ядра потока не имеет смысла - она не увеличивая теплоотдачи ос. приведет лишь к росту затрат энергии на прокачку среды. Во всех случаях интенсификация теплообмена имеет смысл. когда прирост ос заметно опережает неизбежное увеличение гидравлического сопротивления теплообменника. Из этого следует. что проведение конвективного теплообмена будет лишь тогда действительно интенсивным. когда тепловой пограничный слой во всех точках теплообменной поверхности будет непрерывно разрушаться. т.е. постоянно отрываться от нее. а его место активно замещаться относительно холодными объемами нагреваемой среды Так как нагреваемая среда поступает через тангенциальные патрубки кожуха. а теплообменная поверхность образована из полуцилиндрических наружных впадин. соединенных между собой по боковым кромкам. то автономные потоки среды воздух. вода) закручиваются вокруг осей. параллельных теплообменной поверхности. т.е. на автономные потоки нагреваемой среды накладывается центробежное поле. в центральной области которого всегда существует относительное разряжение. а на максимальном радиусе - избыточное давление. В нагреваемой среде. омывающей теплообменную поверхность вращающимся винтовым потоком. образуется тепловой пограничный слой. имеющий существенно большую температуру. чем основной объем среды. т.е. значительно меньшую плотность Вследствие этого тепловой пограничный слой непрерывноИ во всех точках теплообменной поверхности отрывается от нее И перемещается спиральными потоками в область разряжения. т.е. в центр вихря А по условию неразрывности более холодные объемы воздуха. т.е. имеющие большую плотность. будут активно замещать сорванный тепловой пограничный слой. Такой непрерывный и высокоактивный срыв теплового пограничного слоя с теплообменной поверхности гарантирует резкое снижение термического сопротивления и. как результат этого. максимально возможную интенсификацию теплообмена. Причем вызванные заявляемой конструкцией теплообменника вторичные циркуляционные течения ориентированы именно поперек потока. т.е. в направлении. перпендикулярном теплообменной поверхности. что определяет максимальную эффективность интенсифицирующих воздействий. При такой организации процесса теплообмена отдельные объемы нагреваемой среды - глобулы - выполняют функцию переноса тепла более эффективно. чем функцию носителей количества движения. т.е. рост интенсивности теплоотдачи заметно опережает неизбежное увеличение затрат энергии на прокачку нагреваемой среды Экспериментально выявлено. что интенсивность теплосъема с теплообменной поверхности. образованной из полуцилиндрических наружных впадин. соединенных между собой по боковым кромкам. целиком и полностью определяется окружной скоростью крутки нагреваемой среды в винтовых автономных потоках.Таким образом. в предлагаемом теплообменнике реализуются принципиально новые возможности интенсификации теплообмена т.к срыв теплового пограничного слоя осу ществляется без применения каких бы то ни было турбулизаторов. а применяя лишь закручивание нагреваемой среды автономными потоками вокруг осей. параллельных теплообменной поверхности. что значительно проще конструктивно и существенно снижает расход энергии на прокачку теплоносителя (воздуха) при фиксированном тепловом потокеИзобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлено поперечное сечение по тангенциальным входным патрубкам теплообменника на фиг. 2 - продольное сечение АА на фиг 1 .Теплообменник содержит теплообменную поверхность. образованную из полуцилиндрических наружных впадин 1 . соединенных между собой по боковым кромкам 2 . кожух. выполненный из выпуклых полуцилиндров 3 . расположенных зеркально впадинам 1 теплообменной поверхности и образующих в сечении с последней правильные окружности 4 . С одной стороны кожух снабжен крыщками 5 и тангенциально расположенными патрубками 6 для ввода нагреваемой среды. С противоположной стороны кожух снабжен коллектором 7 и патрубком 8 для выхода нагретой средыТеплообменник работает следующим образом.Источник тепловой энергии например. генераторный горючий) газ. электрический ток любая паровая фаза подается через входной канал 9 внутрь теплообменной поверхности 1 0 . вследствие чего температура стенки последней интенсивно повыщается Нагреваемую среду. преимущественно воздух. по тангенциальным патрубкам 6 автономными отдельными) потоками подают внутрь кожуха касательно полуцилиндрическим впадинам 1 . и воздух закручивается вокруг осей 1 1 . параллельных теплообменной поверхности. образуя винтовые потоки 1 2 . При каждом обороте воздуха он частично омывает теплообменную поверхность. на которой образуется тепловой пограничный слой 1 3 . вносящий основное термическое сопротивление Так как в центральной области вращающегося потока всегда существует относительное разряжение. а на максимальном радиусе крутки К - избыточное давление. то тепловой пограничный слой 1 3 . имеющий существенно меньщую плотность. чем основная масса нагреваемой среды. из области избыточного давления. т.е. от теплооб менной поверхности. активно отрывается и спиральными течениями сносится в центральную область вихря По условию неразрывности среды более холодные объемы теплоносителя. имеющие больщую плотность. из основного потока перемещаются на максимальный радиус крутки. т.е. к теплообменной поверхности. замещая сорванный тепловой погра ВУ 8934 С 1 200741228ничнь 1 й слой Генерированнь 1 е таким образом вторичные течения ориентированы именно поперек потока. т.е. в направлении максимального интенсифиЦируюЩего воздействия. при которых рост интенсивности теплообмена существенно опережает неизбежное увеличение гидравлического сопротивления теплообменника. что гарантирует снижение затрат энергии на прокачку воздуха вентилятором.Таким образом. теплообменник открывает качественно новое направление вь 1 сокоэффективного съема тепла с теплопередаюЩей поверхности. которая нагревается преимущественно за счет возобновляемых видов топлива - древесной биомассы Щепа опилки. стружки. корье. брикеты лигнина и т.п. отходов 1. что является важнейшей задачей промышленности РБ. которая лишь на 1 5 обеспечена собственными энергетическими ресурсами. а все остальное ей приходится закупать по высоким и быстро растущим Ценам.Национальный Центр интеллектуальной собственности. 2 2 0 0 3 4 . г Минск. ул Козлова. 2 0 .