КОНТАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ СО СТРУЙНОЙ НАСАДКОЙ

Полезная модель относится к области энергетики и может быть применена для улучшения характеристик контактных теплообменных аппаратов, в которых в качестве теплоносителей используется газообразная среда.
Известен контактный тешюобменный аппарат описанный в книге «Справочник по теплообменникам. Т. 2: Пер. с англ. под ред. О.Г. Мартыненко и др. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 352 с». Аппарат работает следующем образом. Теплоносители подводятся с противоположных сторон рабочей камеры через струеобразующие насадки, которые формируют две моноструи, двигающийся навстречу друг другу. Эти струи встречаются, образуют область взаимодействия, в которой осуществляется теплообмен путем смешения теплоносителей. Недостатком этого технического решения является низкая интенсивность теплообмена между соударяющимися струями.
Наиболее близким аналогом является камера смешения газового воздухонагревателя (Патент RU 2137051). Она, фактически, представляет собой камеру смешения двух соосно направленных струй. Недостатком такого теплообменного аппарата так же является относительно низкая интенсивность теплообмена из-за недостаточного перемешивания, что приводит к увеличению размеров камеры смешения и соответственно габаритов аппарата в целом.
Задачей заявленного технического решения является разработка контактного теплообменного аппарата, обладающего высокой интенсивностью теплообмена, малыми размерами и при этом простой и надежной конструкцией.
Поставленная задача решается тем, что в систему содержащую корпус и два встречно-соосно расположенных струеобразующих аппарата, введен струйный рассекатель, представляющий собой плотную набивку из трубок меньшего диаметра, который установлен в один из струеобразующих аппаратов.
Принцип работы предложенного технического устройства заключается в том, что для интенсификации теплообмена между теплоносителями в контактный теплообменный аппарат, состоящий из корпуса 1 и двух струеобразующих аппаратов 2 (Фиг. 1), на один из подводящих струеобразующих аппаратов 2 устанавливается струйный рассекатель 3. Струйный рассекатель представляет собой плотную набивку из трубок (трубки устанавливаются плотно - одна к другой, без зазора) с внутренним диаметром d и одинаковой длиной l. Причем соотношение длины трубочек к их диаметру должно соответствовать следующему условию: 25≤l/d≥45. В таком случае характер движения среды внутри рассекателя будет неустановившимся, переходным от ламинарного к турбулентному, что обеспечит наибольшую интенсивность теплообмена при последующем смешении с встречной моноструей.
В камере смешения соударяющиеся потоки взаимодействуют друг с другом, образуя зону смешения. Из-за того, что одна струя является составной, т.е. состоит из множества мелких струй, а другая - цельной, при их столкновении происходит их активное перемешивание, за счет чего теплообмен между теплоносителями интенсифицируется.
На фиг. 2 представлены исходные тепловые изображения и поля стандартного отклонения температуры для двух случаев: струйные аппараты без насадок, и при наличии в правом струйном аппарате струйного рассекателя.
Фиг. 2 свидетельствует о том, что установка струйного рассекателя в один из струеобразующих каналов приводит к резкой турбулизации течения в зоне взаимодействия струй и усилению теплообмена между струйными потоками.
Оценка интенсивности теплообмена с помощью коэффициента теплового взаимодействия показала, что в случае установки струйного рассекателя интенсивность теплообмена увеличился в 1,3 раза.
Проведенные испытания показали, что наличие струйного рассекателя изменяет форму зоны соударения, а также увеличивает ее размеры, что приводит к интенсификации теплообмена. Это, в свою очередь, позволяет снизить размеры камеры смешения, уменьшить габариты контактного теплообменника.
Технический результат, который может быть достигнут при реализации заявленного решения, состоит в повышении интенсивности теплообмена между теплоносителями в контактных газовых теплообменниках, за счет чего могут быть значительно уменьшены размеры камеры смещения и теплообменника в целом.