ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ
Полезная модель относится к теплообменным аппаратам с неподвижными каналами для двух теплоносителей, в которых каналы сформированы разделительными пластинами, имеющими перфорированные рёбра, расположенные внутри этих каналов.
Преимущественной областью использования полезной модели являются теплообменные аппараты для газообразных теплоносителей, температура, давление и расход которых при эксплуатации могут изменяться в широких диапазонах значений.
Предшествующий уровень техники
Теплообменный аппарат с пластинчато-ребристой теплопередающей поверхностью состоит из пакета плоских пластин, между которыми находятся соединяющие их рёбра. Теплоносители движутся между чередующимися парами пластин. Течение может быть, например, противоточным или поперечно-точным. Повышение тепловой эффективности теплопередающей поверхности достигается модификацией её геометрии, ведущей к увеличению теплоотдачи для данной скорости потока. Увеличение коэффициента теплоотдачи может быть достигнуто периодическим по ходу движения теплоносителя разрушением ламинарного пограничного слоя и иными средствами.
Наряду с «жалюзийными (РСТ JP 00/01808) и «короткими прерывистыми (US 5078207 FIG. 10) рёбрами используются также теплопередающие поверхности с перфорированными (US 5031693) рёбрами. У теплопередающих поверхностей с перфорированными рёбрами деформацию пограничного слоя осуществляют вырезанные в рёбрах отверстия. Факторы трения такой поверхности очень малы, что делает её весьма привлекательной для использования. В каждом из названных случаев смежные каналы сообщены между собой. Если при этом смежные каналы разной длины, например, входные участки смежных каналов Z - образной или П-образной формы, с присущим им различием величин гидравлических сопротивлений смежных входных и выходных участков, происходит значительное перетекание теплоносителя между каналами. Перетекание приводит к неравномерности распределения тепловых нагрузок. В итоге снижается эффективность теплообменного аппарата. Отказ же от интенсификации теплообмена указанными выше средствами с изоляцией смежных каналов, разделённых ребром (US 5333683), также
2002111188
НРВДЦЦЩЦП Область техники
снижает эффективность теплообменного аппарата в связи с относительным уменьшением коэффициента теплоотдачи.
Раскрытие полезной модели
Задачей данной полезной модели является создание теплообменного аппарата сравнительно малых веса и размеров поперечного сечения, характеризующегося достаточно высокой теплопередачей в широком диапазоне значении температур, давлений и расходов теплоносителей.
В тегоюобменном аппарате, согласно полезной модели:
-Чередующиеся проточные полости охлаждающего и охлаждаемого теплоносителей сформированы разделительными пластинами из хорошо теплопроводящего материала.
-Проточные полости обоих теплоносителей разделены на некруглые в поперечном сечении параллельно включённые каналы соответствующими рёбрами из хорошо теплопроводящего материала, находящимися в хорошем тепловом контакте с разделительными пластинами.
При росте скорости теплоносителя увеличение затрат энергии на преодоление трения значительнее уменьшения соответствующих затрат от увеличения тепловой нагрузки. Поэтому, более выгодны сравнительно низкие массовые скорости теплоносителя. Это, особенно при низком значении теплопроводности теплоносителя, приводит к относительно невысоким значениям коэффициентов теплоотдачи и определяет необходимость большой теплопередающей поверхности. Компактные пластинчато-ребристые теплообменные аппараты характеризуются высоким значением отношения теплообменной площади к занимаемому объёму.
В процессе движения каждого из теплоносителей по параллельно включённым каналам соответствующей проточной полости теплообмен теплоносителя с омываемыми им рёбрами интенсифицируют. Интенсификацию осуществляют либо за счёт перетекания теплоносителя через перфорационные отверстия в рёбрах между смежными параллельно включёнными каналами вследствие флуктуации перепадов статических давлений в них, либо за счёт регулярного разрушения пограничного слоя теплоносителя. Такое разрушение происходит вследствие расположения рёбер по направлению течения теплоносителя в, приблизительно, шахматном порядке с образованием последовательно расположенных секций параллельно включённых каналов так, что ребро во второй и последующих по направлению течения теплоносителя секциях смещено поперёк этого направления относительно перфорированных рёбер предыдущей секции.
Перетекание теплоносителя через перфорационные отверстия в рёбрах деформирует пограничный слой. Потери на трение у поверхности с перфорированными рёбрами очень малы. Перетекание же теплоносителя при интенсификации теплообмена разрушением пограничного слоя происходит в местах стыковки последовательно расположенных секций рёбер.
Перетекание теплоносителя между параллельно включёнными каналами проточной полости через перфорационные отверстия рёбер или в местах стыковки последовательно расположенных по ходу течения теплоносителя секций неперфорированных рёбер ограничивают, для чего разделяют поток теплоносителя в проточной полости на несколько изолированных друг от друга потоков.
Согласно полезной модели, рёбра в каждой проточной полости, хотя бы одного, теплоносителя перфорированы или установлены в направлении его движения, приблизительно, в шахматном порядке с образованием нескольких последовательно расположенных секций параллельно включённых каналов так, что ребро во второй и последующих по направлению течения теплоносителя секциях смещено поперёк этого направления относительно обоих рёбер предыдущей секции, формирующих канал непосредственно перед смещённым ребром, при этом каналы между рёбрами выполнены Z- или П- образной либо иной формы с эквидистантными, в том числе параллельными, смежными участками разной длины. Каждая из проточных полостей теплоносителя с участками смежных каналов разной длины разделена практически непроницаемыми стенками на несколько параллельно включённых секций.
При этом, согласно полезной модели, в теплообменном аппарате разделительные стенки могут быть выполнены в виде неперфорированных рёбер.
Перетекание теплоносителя из канала в канал между разделительными стенками незначительно и, практически, не оказывает негативного влияния на эффективность теплообменного аппарата.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем полезная модель поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображены:
Фиг.З - разрез «Б-Б фиг. 2.
Фиг.4 - разрез «В-В фиг. 1.
Фиг. 5 - узел «Г фиг. 4 в увеличенном
Фиг.6- разрез «Д-Д фиг. 1.
Фиг.7 - узел «Е фиг. 6 в увеличенном
Варианты осуществления полезной модели
В патентуемом теплообменном аппарате чередующиеся проточные полости 1 и 2 охлаждающего и охлаждаемого теплоносителей, соответственно, сформированы разделительными пластинами 3 толщиной 0,5 мм из хорошо теплопроводящего материала. Проточные полости обоих теплоносителей разделены на некруглые в поперечном сечении параллельно включённые каналы 4 и 5, соответственно, перфорированными рёбрами 6 и 7 толщиной 0,5 мм из хорошо теплопроводящего материала. В большинстве случаев, рёбра образованы гофрированием соответствующих листов. Рёбра 6 и 7 находятся в хорошем тепловом контакте с разделительными пластинами 3. Это может быть достигнуто твёрдой пайкой пластин 3 с гофрами листов. Рёбра 6 перфорированы щелевыми отверстиями 16, а рёбра 7 - щелевыми отверстиями 17. Ширина перфорационных отверстий в описываемом теплообменном аппарате составляет от 0,8 до 1,0 мм. Перфорированные рёбра 6 в каждой проточной полости 1 охлаждающего теплоносителя в направлении его движения установлены в, приблизительно, шахматном порядке (Фиг.5) с образованием последовательно расположенных секций 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15параллельно включённых каналов 1. Перфорированные рёбра 6
расположены так, что перфорированное ребро 6 в секции 9 и последующих по направлению течения охлаждающего теплоносителя секциях смещено поперёк этого направления относительно обоих перфорированных рёбер 6 предыдущей секции 8, формирующих канал непосредственно перед смещённым перфорированным ребром в секции 9.
Длина каждой из последовательно расположенных секций с 8 по 15 трубчатых каналов охлаждающего теплоносителя может составлять от 20 до 60 частных от деления усреднённой площади сечения трубчатого канала 4 в секции к усреднённому периметру трубчатого канала.
Разделение рёбер на последовательно расположенные секции может быть выполнено и в проточных полостях 2 охлаждаемого теплоносителя. Длина каждой из последовательно расположенных секций трубчатых каналов 5 охлаждаемого теплоносителя может составлять от 0,2 до 2,0 частных от
деления усреднённой площади сечения трубчатого канала 5 в секции к усреднённому периметру трубчатого канала.
В описываемом теплообменном аппарате вход и выход охлаждающего теплоносителя - из набегающего потока воздуха при полете самолёта происходит со стороны фланцев 18 и 19 , соответственно (Фиг. 1). Вход и выход охлаждаемого теплоносителя осуществляется через распределительные коллекторы 20 и 21, соответственно. Проточные полости 2 охлаждаемого теплоносителя со стороны фланцев 18 и 19 заглушены. Проточные полости 1 охлаждающего теплоносителя со стороны коллекторов 20 и 21 заглушены. Каждый из каналов 5 охлаждаемого теплоносителя между разделительными пластинами 3 выполнен, приблизительно, Z-образным с входным, промежуточным и выходным участками. Каждая из проточных полостей 2 охлаждаемого теплоносителя разделена на параллельно включённые Zобразные секции 22, 23, 24, 25 практически непроницаемыми Z-образными стенками 26. Стенки 26 могут быть выполнены в виде рёбер, подобных рёбрам 7, но без перфорационных отверстий.
Формула полезной модели
1.Теплообменный аппарат, в котором:
-чередующиеся проточные полости охлаждающего и охлаждаемого теплоносителей сформированы разделительными пластинами из хорошо теплопроводящего материала,
-проточные полости обоих теплоносителей разделены на некруглые в поперечном сечении параллельно включённые каналы соответствующими рёбрами из хорошо теплопроводящего материала, находящимися в хорошем тепловом контакте с разделительными пластинами,
-рёбра в каждой проточной полости, хотя бы одного, теплоносителя перфорированы или установлены в направлении его движения, приблизительно, в шахматном порядке с образованием нескольких последовательно расположенных секций параллельно включённых каналов так, что ребро во второй и последующих по направлению течения теплоносителя секциях смещено поперёк этого направления относительно обоих рёбер предыдущей секции, формирующих канал непосредственно перед смещённым ребром, при этом каналы между рёбрами выполнены Z- или П- образной либо иной формы с эквидистантными, в том числе параллельными, смежными участками разной длины,
-каждая из проточных полостей теплоносителя с участками смежных каналов разной длины разделена практически непроницаемыми стенками на несколько параллельно включённых секций.
2.Теплообменный аппарат по п.1, в котором разделительные стенки выполнены в виде неперфорированных рёбер.
jn