ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в энергетике, ЖКХ и смежных с ними отраслях промышленности.
Известен теплообменный аппарат типа «труба в трубе», состоящий из теплообменных элементов, образованных двумя гладкими концентрически расположенными трубами (см. А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии» М.: Химия, 1971 - с.348-349).
Известные теплообменные аппараты с гладкими теплообменными элементами весьма громоздки и требуют большого расхода металла на единицу поверхности теплообмена. Для увеличения поверхности теплообмена такие аппараты выполняются из нескольких параллельных секций.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является теплообменный элемент в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», проточная часть которого выполнена по винтовой линии (см. пат на полезную модель №119452 Бюл. 23 от 20.08.12.)
Недостатком этого теплообменного элемента является невысокая эффективность теплообмена из-за недостаточного перемешивания рабочей среды в проточной части конфузорно-диффузорного канала.
Задачей полезной модели является интенсификация процессов теплообмена при использовании элементов «конфузор-диффузор» в кожухотрубчатых теплообменниках гравитационного типа.
Технический результат достигается тем, что в теплообменном элементе, выполненном в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», проточная часть теплообменного элемента выполнена по винтовой линии попеременно с правым и левым вращением.
На фиг.1 представлен теплообменный элемент. Теплообменный элемент выполнен в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор», проточная часть его выполнена по винтовой линии попеременно с правым и левым вращением.
Теплообменный элемент работает следующим образом.
После подачи теплоагента в проточную часть теплообменного элемента жидкость движется по винтовой линии, например в правом направлении по винтовой линии.
Пройдя участок, правого вращения проточной части теплообменного элемента и стабилизируясь в этом движении, жидкость за счет изменения направления винтовой линии теплообменного элемента также изменяет вектор движения, приобретая вращение влево. Многократно изменяя характер движения в конфузорно-диффузорных элементах с изменением направления винтовой линий проточной части теплообменного элемента, жидкость приобретает в своем движении пульсационный характер. Это способствует интенсивному ее перемешиванию в проточной части теплообменного элемента.
За счет вращения среды в проточной части расширяющегося диффузорного участка теплообменного элемента поток турбулизируется, что вызывает рост процесса теплообмена на этом участке. Далее закрученный поток из диффузора поступает в конфузор, выполненный также по винтовой линии правого вращения, где турбулентные возмущения, генерируемые ранее в диффузоре и отрывной зоне на кромке стыка с конфузором, интенсифицируют конвективный перенос тепла. Двигаясь по винтовой линии в проточной части теплообменного элемента нагреваемая среда меняет направление вращения на левое. Слои жидкости в ядре потока перемещаются на периферию к внутренней стенке теплообменного элемента, что вызывает выравнивание поля температур в проточной части теплообменного элемента и способствует быстрому нагреву рабочей среды. Организация такого режима течения позволяет существенно интенсифицировать процесс конвективного переноса тепла в конфузорно-диффузорном канале, выполненном по винтовой линии с попеременно правым и левым вращением, при уверенном гидросопротивлении и сократить длину проточной части теплообменного элемента.
Профиль проточной части теплообменного элемента по винтовой линии с попеременно правым и левым вращением, может быть реализован на современном оборудовании ротационной ковкой.