ТЕПЛООБМЕННЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам и может быть использована в энергетике и смежных отраслях промышленности.
Известен теплообменный элемент в форме «конфузор-диффузор», выполненный из проволоки в виде тугой пружины, витки которой жестко скреплены (см. патент на полезную модель №64750 от 10.07.07 Бюл. №19).
Недостатком известного теплообменного элемента является сложность изготовления и последующего жесткого скрепления витков проволоки такого теплообменного элемента.
Наиболее близким предлагаемому техническому решению является теплообменный элемент, выполненный из чередующихся гладких конфузорно-диффузорных элементов (см. В.Н. Мигай «Моделирование теплообменного энергетического оборудования». - Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1987. С. 235-245) - прототип.
4
Недостатком прототипа является низкая эффективность теплообмена конфузорно-диффузорного теплообменного элемента при малых и средних расходах теплоносителя в проточной части теплообменного элемента (при ламинарной и переходной областях течения - критерий Re<10).
4
Задачей полезной модели является интенсификация процесса теплообмена при низких и средних расходах теплоносителя в проточной части теплообменного элемента (Re<10).
Технический результат достигается тем, что теплообменный элемент, представляющий собой чередующиеся элементы в форме «конфузор-диффузор», выполнен на конус.
Отличительным признаком предлагаемого конфузорно-диффузорного теплообменного элемента от указанного прототипа является выполнение проточной части теплообменного элемента с заданной конусностью, (т.е. заданным отношением разности диаметров двух поперечных сечений в каждом из чередующихся элементах (конфузорах и диффузорах), образующих прямые круговые конуса к расстоянию между поперечными сечениями каждого из элементов при общей конусности всего теплообменного элемента (см. Справочное руководство по черчению. - М.: Машиностроение, 1989. - С. 76-79).
Предлагаемый вариант теплообменного элемента, выполненного в виде трубы на конус, состоящего из чередующихся элементов в форме «конфузор-диффузор», представлен на фиг. 1.
Такая конфигурация теплообменного элемента 1 позволяет существенно интенсифицировать процесс теплообмена.
При течении жидкости в конфузорах 2 (при условии постоянства расхода теплоагента в проточной части конфузорно-диффузорной трубы) имеет место ее ускоренное движение, во-первых, за счет изменяющегося поперечного сечения в отдельно взятом конфузоре и, во вторых, за счет общего изменения геометрических размеров конфузорных элементов вдоль трубы - поскольку теплообменный элемент выполнен на конус.
Это вызывает рост турбулентности в проточной части конфузоров, способствуя перемешиванию жидкости - горячих слоев у стенки элементов с холодной частью потока на оси.
Далее поток, в связи с изменением геометрических размеров элементов, (в трубе на конус) с нарастающей скоростью из конфузоров поступает в диффузоры 3, где в каждом из них генерируются турбулентные возмущения течения. Эти возмущения в диффузорах и отрывных зонах, местах стыка с конфузорами, в теплообменном элементе, выполненном на конус, вследствие дальнейшей турбулизации и перемешивания среды, обеспечивают высокий уровень теплообмена в трубе.
Теплообменный элемент с чередующимися элементами в форме «конфузор-диффузор», выполненный на конус, может быть изготовлен из конической или цилиндрической трубы из углеродистой или нержавеющей сталей, или цветного металла - латуни, меди или алюминия методом ротационной ковки.
Такая конфигурация теплообменного элемента, по сравнению с прототипом, обладает повышенной эффективностью, при незначительном росте гидросопротивления, имеет меньшую металлоемкость и позволяет наметить новые тенденции в вопросах конструирования инновационных теплообменных элементов, отвечающих требованиям энерго- и ресурсосбережения.