ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к теплообменными аппаратам и может быть использована в энергетике, ЖКХ и смежных с ними отраслях промышленности.
Известен теплообменный элемент, имеющий цилиндрический канал с однонаправленной спиральной накаткой (см. О.А. Митрофанова «Гидродинамика и теплообмен закрученных потоков в каналах с завихрителями». Теплофизика высоких температур 2003, Том 41; №4, с. 589).
Известные теплообменные элементы недостаточно эффективны из-за невысокой интенсивности перемешивания жидкости при движении среды в проточной части канала с однонаправленной периодической спиральной накаткой.
Наиболее близким, к предлагаемому техническому решению является теплообменный элемент, выполненный в виде чередующихся секций в форме «конфузор-диффузор» по винтовой линии попеременно правого и левого вращений (см. патент на полезную модель №126812 Бюл. №10 от 10.04.13.).
Недостатком этого теплообменного элемента является высокое гидравлическое сопротивление проточной части канала.
Задачей полезной модели является снижение гидравлического сопротивления и увеличение эффективности теплообмена за счет стабилизации потока между секциями типа «конфузор-диффузор», выполненными левого и правого вращения.
Технический результат достигается тем, что в теплообменном элементе типа «конфузор-диффузор», секции которого выполнены попеременно левого и правого вращения, между секциями установлены прямолинейные вставки, поперечное сечение которых повторяет поперечное сечение элементов «конфузор-диффузор».
На чертеже представлен теплообменный элемент типа «конфузор-диффузор», секции которого выполнены попеременно правого 1 и левого 2 вращения, а между секциями расположены стабилизаторы потока 3 в виде прямолинейных вставок, поперечное сечение которых повторяет поперечное сечение элементов «конфузор-диффузор». Так при выполнении элементов «конфузор-диффузор» из круглой трубы стабилизатор потока 3 выполнен в виде вставки, имеющей в поперечном сечении профиль прямолинейной гладкой цилиндрической трубы, при выполнении элементов «конфузор-диффузор» из трубы иного профиля (прямоугольного, треугольного, в виде эллипса и.т.д.) стабилизатор потока 3 выполняют в виде прямолинейных вставок, имеющих в поперечном сечении профиль исходной трубы, соответственно, прямоугольной, треугольной, в виде эллипса и.т.д.
Теплообменный элемент работает следующим образом.
После подачи среды в проточную часть теплообменного элемента жидкость, двигаясь по винтовой линии правого 1 или левого 2 направления, попадает на участок стабилизатора потока 3 в виде прямолинейной вставки, где происходит затухание первоначально закрученного потока. Далее жидкость направляется в секцию с противоположным направлением вращения рабочей среды, где закрутка возрастает, затем жидкость вновь направляется на участок стабилизатора потока в виде прямолинейной вставки, где вращение затухает и далее по потоку направляется в элементы трубы с противоположным вращением, где закрутка потока вновь возрастает.
Многократное прохождение жидкости участков, в которых формируется и поддерживается закрутка, чередуясь с течением жидкости на участках стабилизаторов потока, выполненных в виде прямолинейных вставок, обеспечивает существенное снижение гидравлического сопротивления при одновременном росте теплообмена в теплообменном элементе.
Следует отметить роль интенсификации теплообмена участков стабилизации потоков в виде прямолинейных вставок с поперечным сечением равным секциям «конфузор-диффузор» и выполненных круглого, прямоугольного, треугольного или иного сечения, в процессе формирования сложной структуры потока при турбулентном течении жидкости в пристенном слое, в свободном сдвиговом слое, в процессах рециркуляции, присоединения и релаксации.
В процессе течения жидкости на участках стабилизации потока, кроме того реализуется интенсивное турбулентное перемешивание за счет закрутки потока, формируемого секциями «конфузор-диффузор» правого и левого вращения, что способствует высокоэффективному теплообмену при низком общем гидравлическом сопротивлении.
Профиль проточной части теплообменного элемента типа «конфузор-диффузор» попеременно правого и левого вращения со стабилизаторами потока между секциями, выполненными в виде прямолинейных вставок, поперечное сечение которых повторяет поперечное сечение элементов «конфузор-диффузор», может быть выполнен на современном оборудовании ротационной ковки.
Предложенный теплообменный элемент имеет низкое гидравлическое сопротивление при высокой эффективности теплообмена.