ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в энергетике, ЖКХ и смежных с ними отраслях промышленности.
Известен теплообменный аппарат с теплообменным элементом из гладких труб с интенсификаторами в виде непрерывных пружинных вставок из проволоки, установленных в проточной части канала (см. Н.А.Войнов, М.А.Николаев «Пленочные трубчатые газожидкостные реакторы» - Казань, Отечество, 2008 г. - 43 с.)
В известных теплообменных аппаратах при нарушении плотного контакта интенсификатора с внутренней поверхностью трубы существенно падает тепловой эффект проволочной спирали.
Наиболее близким к предполагаемому техническому решению является теплообменный элемент в виде трубы, выполненной из проволоки в виде тугой пружины, витки которой жестко скреплены (см. Патент на полезную модель №62694, опубликованный 27.04.07 - бюл. №12 - прототип).
0
Недостатком прототипа является низкая эффективность теплообмена из-за малых относительных шагов расположения выступов элементов навивки вдоль проточной части пружинно-витого канала (относительный шаг расположения выступов t=S/h, где S - шаг расположения выступов навивки, h - высота выступа).
Задачей полезной модели является достижение высокой теплоэнергетической эффективности в пружинно-витом канале.
Результат достигается тем, что в теплообменном элементе, представляющем собой пружинно-витую трубу, выполненную из проволоки в виде тугой пружины, витки которой жестко скреплены, согласно полезной модели теплообменная поверхность проточной части трубы путем механической обработки выполнена в виде чередующихся с заданным шагом выступов и лысок.
Отличительным признаком предлагаемого теплообменного элемента от указанного прототипа является наличие выступов в виде элементов навивки пружинно-витого канала и лысок, образованных с заданным шагом путем механической обработки теплообменной поверхности.
При таком исполнении существенно снижается эффект загромождения (ε=h/D, где h - высота выступа, D - внутренний диаметр канала), заключающейся в снижении гидравлического сопротивления при течении жидкости в проточной части канала.
На фиг.1 изображен фрагмент пружинно-витого канала.
Теплообменный элемент выполнен путем навивки проволоки на подложку с последующей лазерной сваркой витков. Путем механической обработки теплообменной поверхности проточной части пружинно-витой трубы выполнены выступы 1, в виде элементов навивки пружинно-витого канала, и лыски 2, чередующиеся с заданным шагом S.
После подачи рабочей среды в проточную часть теплообменного элемента при турбулентном режиме течения, за счет периодического расположения выступов 1, позволяющих формировать сложную трехмерную структуру потока, жидкость закручивается у стенки теплообменного элемента, образуя турбулентные вихри, вызывающие периодическое обновление пограничного слоя у поверхности выступов 1. Зона лысок 2 позволяет формировать отрывные течения потока, зоны присоединения и развития пограничного слоя у стенки проточной части трубы теплообменного элемента.
0
Сочетание зон выступов 1 и лысок 2 в проточной части трубы с заданным шагом расположения, вдоль всей проточной части теплообменного элемента, дает закрутку потока, что способствует выравниванию поля температур в проточной части трубы, а периодическая их компоновка с относительным шагом t, выраженным отношением шага расположения выступов к высоте выступа равным 7-12
0
t=S/h≈7…12,
обеспечивает высокую теплоэнергетическую эффективность.
Способ непрерывной навивки пружинно-витых труб и лазерная сварка могут быть легко совмещены с нанесением на элементы проволоки лысок, например, путем одновременного шлифования или фрезерования боковой поверхности проволоки на стадии подачи на оборудование для навивки пружины.
Предлагаемый теплообменный элемент позволит интенсифицировать процесс теплообмена и уменьшить вес и габариты теплообменников при одинаковой затрате энергии на прокачку жидкости при неизмененном количестве передаваемого тепла.