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 газо-жидкостные реакторы» - Казань. Отечество, 2008. - 43 с).
В известных теплообменных аппаратах при нарушении плотного контакта интенсификатора с внутренней поверхности 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 - Бюллетень №12 - прототип).
Недостатком прототипа является низкая эффективность теплообмена в проточной части канала из-за затухания циркуляционных областей канала по мере движения рабочей среды в проточной части теплообменного элемента.
Задачей полезной модели является интенсификация теплообмена за счет поддержания пристенных циркуляционных зон вторичных течений на стабильно высоком уровне.
Результат достигается тем, что между витками пружинно-витого теплообменного элемента по его длине установлены спиральные пружинно-витые интенсификаторы, жестко скрепленные с витками тугой пружины.
Отличительным признаком предлагаемого теплообменного элемента от указанного прототипа является установка в проточной части теплообменного элемента интенсификаторов, выполненных в виде спиральных пружинно-витых элементов, жестко закрепленных между витками тугой пружины.
Предполагаемый теплообменный элемент представлен на фиг.1.
В проточной части пружинно-витого теплообменного элемента 1 между витками установлены и жестко закреплены спиральные пружинно-витые интенсификаторы 2, представляющие собой направляющие элементы для закрутки потока, выполненные из проволоки овального, прямоугольного или квадратного сечения, и кроме того, выполняющие роль внутреннего дополнительного оребрения. Концы теплообменного элемента 1 снабжены патрубками 3 для последующей их развальцовки в трубных плитах кожухотрубных теплообменников. Пружинно-витые интенсификаторы 2 устанавливают путем ввинчивания их в зазоры между витками растянутого пружинно-витого теплообменного элемента 1 с последующим жестким закреплением витков элемента 1 и установленных интенсификаторов 2. После подачи рабочей среды в проточную часть теплообменного элемента 1, с установленными в нем интенсификаторами 2, пристенным слоям жидкости в пограничном слое пружинно-витой трубы сообщается местная закрутка потока, в котором зарождаются вторичные течения (макровихри) с интенсивными турбулентными флюктациями в виде вихрей Тейлора-Гертлера.
Первично закрученный поток, попадая в проточную часть пружинно-витого теплообменного элемента 1, поддерживая на некотором участке трубы закрутку потока, зарождает эффект «катящихся» макровихрей Тейлора-Гертлера.
Поскольку интенсивность первоначальной закрутки по длине пружинно-витого теплообменного элемента 1 может уменьшаться, то для длинного теплообменного элемента предусмотрено многократное повторение эффекта закрутки, путем установки последующих интенсификаторов 2, что способствует общему росту среднего значения коэффициента теплоотдачи от внутренней стенки теплообменного элемента 1 к жидкости.
Для увеличения скорости выходящей из интенсификатора 2 жидкости, создания желаемого закона изменения окружной скорости потока по радиусу и в целях повышения эффекта теплообмена при осевом входе среды, предусматривается возможность варьирования площадей сечения потока жидкости на выходе из интенсификатора 2 (путем изменения размеров сечения витка) к живому сечению пружинно-витого теплообменного элемента 1.
Предлагаемый теплообменный элемент позволит интенсифицировать процесс теплообмена и уменьшить вес и габариты теплообменников при одинаковой затрате энергии на их обслуживании и снизить мощности обслуживающего теплообменного оборудования при неизменном количестве передаваемого тепла и размерах аппарата.