ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в энергетике, ЖКХ и смежных с ними отраслях промышленности.
Известен теплообменный элемент, выполненный в виде волнистой трубы типа «конфузор-диффузор» (см. В.А. Осипова «Экспериментальное исследование процессов теплообмена». - М.: Энергия, 1970. С. 240-243.)
Известные теплообменные элементы недостаточно эффективны из-за невысокой интенсивности перемешивания среды в средней части канала, особенно при течении высоковязкой и аномально вязкой (неньютоновской) жидкости в проточной части трубы.
Наиболее близким, к предлагаемому техническому решению, является теплообменный элемент, выполненный в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», проточная часть которого выполнена по винтовой линии (см. патент на полезную модель №119452, бюл. №23 от 20.08.12.).
Недостатком этого теплообменного элемента является необходимость в целях увеличения интенсивности теплообмена увеличения аксиальной скорости потока, что вызывает рост гидравлического сопротивления канала.
Задачей полезной модели является интенсификация теплообмена при течении высоковязких и аномально вязких жидкостей.
Технический результат - повышение интенсивности процесса теплообмена в теплообменном элементе.
Результат достигается тем, что в теплообменном элементе, выполненном по винтовой линии в виде чередующихся секций «конфузор-диффузор», согласно полезной модели по длине элемента в проточной части установлена винтовая вставка, выполненная в виде чередующихся секций «конфузор-диффузор».
На фиг. 1. представлен теплообменный элемент 1, выполненный по винтовой линии в виде чередующихся секций «конфузор-диффузор».
В проточной части по длине элемента 1 установлена винтовая вставка 2, выполненная также в виде чередующихся секций «конфузор-диффузор».
Теплообменный элемент работает следующим образом. После подачи среды в проточную часть теплообменного элемента 1 жидкость движется по винтовой линии у внутренней стенки проточной части элемента 1 и по винтовой линии поверхности винтовой вставки 2. Вращение жидкости сопровождается возникновением центробежных сил у стенки элемента 1 и поверхности вставки 2 на всей длине проточной части, что приводит к появлению интенсивной циркуляции в форме парного вихря, т.е. вторичных течений. Эта особенность течения, при установке в проточной части винтовой вставки 2 в форме «конфузор-диффузор» по длине теплообменного элемента 1, особенно благоприятно влияет на процесс теплообмена при течении высоковязкой и аномально вязкой жидкости, поскольку в результате возникновения вращательной и радиальной компонентов скоростей создаются благоприятные условия для перемешивания пограничных слоев на стенке элемента 1 с менее нагретой средой в ядре потока у поверхности вставки 2 теплообменного элемента.
Следует отметить, что установка винтовой вставки 2 в форме «конфузор-диффузор» в проточной части теплообменного элемента 1 обуславливает и особенности гидродинамики потока на поверхности предлагаемой вставки. В результате специфики поверхности «конфузор-диффузор» на ее внешней кольцевой стенке возникает пульсационная составляющая скоростей, вызывающая образование вокруг вставки кольцевых вихрей, увлекаемых движущимся потоком. Эти турбулентные возмущения создают благоприятные условия для перемешивания среды, обеспечивая высокий уровень конвективного теплообмена в проточной части теплообменного элемента и тем самым повышает интенсивность процесса теплообмена.
Высокая интенсивность процессов теплообмена позволяет сократить длину проточной части теплообменных элементов, и снизить их гидравлическое сопротивление при течении высоковязких и аномально вязких жидкостей.