ТЕПЛООБМЕННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, а конкретно - к теплоэнергетическим установкам, используемым для помещений, зданий, сооружений, а также в различных промышленных газотурбинных энергоустановках.
Известна теплообменная поверхность (а.с. №1768917, МПК F28F 1/10, 3/02. опубл. 15.10.92. Бюл. 38), содержащая расположенные на поверхности параллельные ряды полусферических лунок. Лунки располагаются в коридорном или шахматном порядке.
В такой конструкции теплообменной поверхности малая скорость потока в выемке и отсутствие интенсифицирующих конвективный процесс переноса теплоты факторов приводит к уменьшению коэффициента теплоотдачи в последней по сравнению с обтеканием исходно гладкой поверхности.
Известна теплообменная поверхность (авт. св. №1744412, МПК F28F 1/10, 3/02. опубл. 30.06.92. Бюл. 24), содержащая расположенные на поверхности параллельные ряды сферических лунок, каждая из которых выполнена с примыкающим к ней коническим углублением. В центральной части каждой лунки выполнен выступ.
Недостатком такой теплообменной поверхности является низкая скорость потока в выемке, что приводит к меньшему теплообмену.
Известна теплообменная поверхность и способ управления процессами тепломассообмена, реализованный в данном устройстве (международная заявка WO 93/20355, F28G 1/12, F28F 1/10, опубл. 14.10.93), принятая за прототип. Изобретение решает задачу управления процессами тепломассообмена путем инициирования образования крупномасштабных вихревых структур и направления их развития. Устройство, реализующее способ, - это поверхность обтекания или тепломассообменная поверхность, являющаяся границей раздела между текущей сплошной средой газа и твердой стенкой, плоской, цилиндрической, конической или любого другого профиля, позволяющей управлять процессами в пограничном или пристенном слоях течения за счет выполнения на ней трехмерного вогнутого или выпуклого рельефа. Трехмерный рельеф выполнен в виде вогнутостей или выпуклостей с участками закругления и перехода, расположенных в шахматном или коридорном порядке. Вогнутости на поверхности теплообмена являются вихревыми интенсификаторами теплообмена. Эпицентры образования вихрей находятся внутри вогнутостей, в передней по потоку части. Внутри каждой вогнутости в задней части по направлению основного (внешнего) потока образуется зона подсоса воздуха из потока.
Основным недостатком является неэффективное использование поверхности теплообмена вследствие малой скорости потока в выемке, что снижает коэффициент теплоотдачи.
Технический результат, на решение которого направлено предлагаемая полезная модель, заключается в повышении интенсивности и когерентности (согласованности) вихреобразования, что приведет к повышению теплоотдачи теплообменной поверхности, позволит создать высокоэффективное, компактное теплообменное устройство и эффективную систему охлаждения газотурбинной энергоустановки.
Технический результат (вариант 1) достигается тем, что теплообменная поверхность имеет полусферические выемки, каждая из которых снабжена продольным ребром, расположенным в верхней по потоку ее части.
Технический результат (вариант 2) достигается тем, что теплообменная поверхность имеет выемки, выполненные с переменной глубиной и шириной, которые соответственно уменьшаются по направлению основного потока, при этом каждая из выемок снабжена продольным ребром, расположенным в верхней по потоку ее части.
Предложенная полезная модель представлена на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 где:
Фиг. 1 - Выемка на теплообменной поверхности по варианту 1.
Фиг. 2 - Выемка на теплообменной поверхности по варианту 2 с переменной глубиной и шириной
Фиг. 3 - Выемка на теплообменной поверхности по варианту 2, снабженная продольным ребром
Здесь:
1 - Теплообменная поверхность,
2 - Выемка,
3 - Продольное ребро.
Теплообменная поверхность (1) в первом варианте, имеет на поверхности полусферические выемки (2). Каждая из них снабжена продольным ребром (3), расположенным в верхней по потоку ее части.
Теплообменная поверхность (1) во втором варианте имеет на поверхности выемки (2), выполненные с переменной глубиной и шириной (3), которые соответственно уменьшаются по направлению основного потока. Каждая из выемок (2) снабжена продольным ребром (3), расположенным в верхней по потоку ее части.
Теплообменная поверхность работает следующим образом.
При подаче потока воздуха, другого газа или жидкости на теплообменную поверхность (1), поток движется вдоль поверхности (1) со структурой, определяемой геометрическими и режимными условиями обтекания. При обтекании выемки (2) по первому варианту поток попадает в ее полость, образуя возвратное течение и попеременно выходящие из выемки (2) самоорганизующиеся крупномасштабные вихревые структуры. Двухполостная форма выемки (2), образованная ребром (3) в передней ее части, приводит к возникновению значительно более мощных самоорганизующихся вихревых структур, которые увеличиваются в поперечных размерах и обладают мощным отсасывающим эффектом, значительно увеличивающим массообмен и конвективный теплообмен в полости выемки (2).
При втором варианте выемки (2) с переменной глубиной и шириной по ходу возвратного течения, создается дополнительная неустойчивость образуемого течения, что приводит к еще более мощным самоорганизующимся вихревым структурам, которые функционируют непрерывно, а не дискретно во времени. Следствием этого является значительно более высокий средний коэффициент теплоотдачи в выемке (2). В результате предлагаемая форма двухполостной выемки (2) с разделительным ребром (3) и диффузорным характером ее обводов по ходу возвратного течения потока приводит к значительному увеличению теплоотдачи в ней. Опыты показали, что в последующих рядах матрицы сферических выемок (2) процесс обтекания их потоком идентичен процессам в одиночной выемке (2), и теплоотдача в них также возрастает.
Таким образом, полезная модель позволяет повысить теплоотдачу, засчет увеличения мощности теплового потока в выемке при одинаковой площади теплообменной поверхности с традиционной сферической выемкой или при одинаковой мощности теплового потока значительно уменьшить габариты теплообменной поверхности.