ТЕПЛООБМЕННЫЙ ПРОФИЛЬ

Полезная модель относится к теплообменным устройствам и может использоваться для систем отопления и охлаждения.
Известно много форм теплообменных элементов [1-4]. Такие теплообменные элементы обычно содержат выпуклую или плоскую поверхность, что позволяет рассеивать тепло в ближайшей зоне обогрева равномерным слоем. Однако, для систем с принудительным движением воздушного теплоносителя созданные в окружающем пространстве локальные зоны только с вертикальной ориентацией турбулентных потоков и препятствующих обтеканию воздушным теплоносителем теплообменных профилей горизонтальной составляющей потока снижает эффект теплообмена.
Отличается от описанных выше отопительный радиатор-конвектор с его нагревательными элементами, выполненными вогнутыми в сторону трубы формы, с возможностью фокусирования инфракрасного излучения (Патент РФ на полезную модель 68668, опубл. 27.11.2007).
Эта конструкция также недостаточно эффективна так как продольные фронтальные экраны создают вертикальную турбулизацию и препятствуют продвижению горизонтальных свежих потоков воздушного теплоносителя.
Наиболее близким техническим решением является «Теплообменный профиль» (Патент RU №36725 опубликован 20.03.2004), содержащий трубу для прохода теплоносителя и теплорассеивающий элемент, выполненный в виде двух продольных стенок, расположенных с противоположных сторон трубы параллельно друг другу, и продольных пластин, радиально расположенных между стенками, две радиальные пластины образуют с каждой продольной стенкой замкнутый воздушный канал на всем протяжении стенки.
Данное техническое решение также не достаточно эффективно из-за наличия непроницаемого экрана турбулизации.
Заявленное техническое решение направлено на создание комбинированного эффекта теплообмена с высокой турбулизацией и значительной проницаемостью горизонтальной составляющей потока воздушного теплоносителя.
Это достигается тем, что теплообменный профиль, содержащий трубу для прохода теплоносителя и теплорассеивающий элемент, выполненный виде двух продольных стенок, расположенных с противоположных сторон трубы параллельно друг к другу, и продольных пластин, радиально расположенных между стенками, причем продольные стенки выполнены по форме выпуклой дуги, создающей ламинарное движение приходящего горизонтального потока воздушного теплоносителя к теплообменному профилю и обтекание его, а также исходящей горизонтальной составляющей потока воздушного теплоносителя от теплообменного профиля, выпуклая дуга продольной стенки согнута с радиусом R=2,4÷4,0*D, мм, где D - длина хорды выпуклой дуги, мм.
Теплоотдача на погонный метр теплообменного профиля составляет Т=271,7÷321,7*М Вт, где М - вес погонного метра теплообменного профиля, кг/м.
На Фиг.1 показан общий вид «Теплообменного профиля».
Устройство теплообменного профиля содержит трубу 1 для прохода теплоносителя, теплорассеивающий элемент виде двух продольных стенок по форме выпуклой дуги 2, радиальные продольные пластины между стенками 3, приходящий горизонтальный принудительный или естественный поток воздушного теплоносителя 4, область вертикального турбулентного потока воздушного теплоносителя 5, исходящая горизонтальная составляющая потока воздушного теплоносителя 6, ламинарная горизонтальная составляющая потока воздушного теплоносителя 7, область турбулизации продольных стенок 8.
Пример функционирования теплообменного профиля состоит в следующем. Теплоноситель, проходя по трубе, 1 передает тепло на теплорассеивающий элемент виде двух продольных стенок по форме выпуклой дуги 2 и радиальным продольным пластинам 3 расположенных между стенок. Приходящий горизонтальный принудительный или естественный поток воздушного теплоносителя 4 обтекает области турбулизации продольных стенок 8 и вертикального турбулентного потока воздушного теплоносителя 5, созданных вертикальным теплым потоком процесса теплообмена, которые передают тепло посредством диффузии ламинарной горизонтальной составляющей обтекаемого профиль потока воздушного теплоносителя 7 и исходящей горизонтальной составляющей потока воздушного теплоносителя 6.
Процесс диффузии осуществляется взаимным проникновением соприкасающихся потоков воздуха на уровне молекулярной и турбулентной составляющей. Молекулярная составляющая обусловлена беспорядочным тепловым движением атомов, молекул, ионов и коллоидных частиц. Турбулентная составляющая обусловлена вихревым перемешиванием постоянно движущихся и смешивающихся между собой потоков воздуха. (Горное дело: Терминологический словарь / Г.Д.Лидин, Л.Д.Воронина, Д.Р.Каплунов и др. - 4-е изд., пераб. и доп. - М.: Недра, 1980. - с.173.).
Изменение радиуса выпуклой дуги продольных стенок при постоянной длине хорды дуги и постоянном весе погонного метра теплообменного профиля ведет к изменению теплоотдачи теплорассеивающего элемента (см. таблица 1).
При увеличении радиуса выпуклой дуги продольной стенки теплообменного профиля скорость движения ламинарной горизонтальной составляющей потока воздушного теплоносителя будет уменьшаться и наконец, перейдет в вертикальный турбулентный поток. Лобовое сопротивление потока воздушного теплоносителя увеличится. Обтекаемость теплообменного профиля уменьшится, и процесс теплопередачи в уменьшенном в абсолютной величине потоке будет уменьшаться.
При уменьшении радиуса выпуклой дуги стенки профиля процесс теплопередачи на этом участке профиля будет расти до величины ограничивающей металлом профиля. Расстояние между радиальными продольными пластинами и продольными стенками будет уменьшаться, и процесс диффузивного теплообмена ламинарной горизонтальной составляющей потока воздушного теплоносителя сокращаться.
Источники информации
1. Патент RU №2137053, МПК F24H 3/08, F28F 1/02, F28F 1/40. Дата публикации 10.09.1999.
2. Патент RU №2122161, МПК F24H 3/08, F24H 3/12. Дата публикации 20.11.1998.
3. Патент RU №2059933, МПК F24D 3/12, F24D 19/00, F28F 1/10. Дата публикации 10.05.1996.
4. Патент RU №2252370, МПК F24H 3/08, F24F 9/26. Дата публикации 20.05.2005.
5. Патент RU №68668, МПК F28F 1/10. Дата публикации 27.11.2008.
6. Патент RU №36725, МПК F28F 1/10. Дата публикации 20.03.2004. (прототип).
Изменение теплоотдачи теплообменного профиля
Таблица 1
Радиус выпуклой дуги, мм
353
326
299
272
245
218
191
Длина хорды дуги, мм
85
85
85
85
85
85
85
Вес погонного метра профиля, кг/м
1,419
1,419
1,419
1,419
1,419
1,419
1,419
Теплоотдача погонного метра профиля, Вт/кг
271,7
288,3
307,7
321,7
304,8
292,6
277,5