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 пружинных вставок из круглой проволоки, установленных в проточной части канала (см. М.А. Войнов, Н.А. Николаев «Пленочные трубы газожидкостных реакторов». - Казань. Отечество, 2008 - 43 с.).
В известных теплообменных аппаратах при нарушении плотного контакта интенсификатора с внутренней поверхностью трубы существенно падает эффект теплопередачи.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является теплообменный элемент, представляющий собой трубу, выполненную из проволоки круглого сечения, витки которой жестко скреплены (см. патент на полезную модель №62694, опубл. 27.04.07, Бюл №12 - прототип).
Недостатком прототипа является низкие коэффициенты теплоотдачи из-за недостаточного масштаба турбулентности в гидродинамическом пограничном слое, образующимся в винтовых канавках во внешней и внутренней стенках трубы (течение жидкости близи стенок становится переходным, а на самой стенке ламинарным), толщина которого оказывает превалирующее влияние на процесс теплообмена по сравнению с ядром потока, в котором движение жидкости развитое турбулентное.
Задачей полезной модели является интенсификация гидродинамики и теплообмена за счет оптимальной геометрической формы поверхности трубы.
Результат достигается тем, что поверхность стенки трубы выполнена из проволоки в форме замкнутой, гладкой, выпуклой кривой - овоида.
Отличительным признаком предлагаемого теплообменного элемента от указанного прототипа является теплообменный элемент, выполненный из проволоки, имеющей в поперечном сечении «яйцевидную форму» - гладкую выпуклую кривую с одной осью симметрии известной в инженерных приложениях как овоид.
Предлагаемый вариант теплообменного элемента, представляющего собой выпуклую кривую в форме овоида, представлен на фигуре 1.
Теплообменный элемент выполнен путем путем навивки на подложку проволоки, имеющей в поперечном сечении геометрию в форме овоида, из
1
углеродистой или легированной стали, а также из титана, латуни, алюминия или меди с заданным углом подъема винтовой спирали с последующей сваркой поверхности соседних витков проволоки лазерным лучом.
После подачи рабочей среды в проточную часть теплообменного элемента пристенные слои жидкости в гидродинамическом пограничном слое (в объеме винтовых канавок) вовлекаются во вращательное движение, причем за счет формы канавок (их большей боковой поверхности и ширины между выступами, по сравнению с прототипом) происходит интенсивная циркуляция (вихреобразование) между выступами.
Это вызывает рост масштаба турбулентности в гидродинамическом пограничном слое (вблизи стенки), что является одним из важных факторов роста коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи в процессе конвективного теплообмена.
Кроме того, наличие спиральных выступов, играющих роль оребрения, увеличивает поверхность теплообмена по сравнению с гладкой трубой в среднем 1.5…1.7 раза, что положительно отражается на теплообменных процессах.
В предлагаемом теплообменном элементе коэффициент теплопередачи в этом случае возрастает в среднем 2…2.5 раза.
Снижается скорость солеотложения и накипи на поверхности теплообменного элемента примерно в 5 раз по сравнению с гладкими круглыми трубами.
Следует отметить, что способ изготовления теплообменных элементов может быть легко автоматизирован, так непрерывное производство труб на оборудовании для навивки пружин легко совмещается с непрерывным процессом лазерной сварки.