МАТРИЦА ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Полезная модель относится к теплообменной технике и может быть использована при создании и модернизации теплообменных аппаратов и устройств энергетического, транспортного и промышленного назначения, основу которых составляют различные компоновочные варианты пластинчатой поверхности.
Известные конструкции пластинчатых теплообменников на основе "традиционных" компоновок пластинчатой поверхности повышенной турбулентности сетчато-поточного типа с двухсторонними сфероидальными выступами и впадинами обеспечивают высокие показатели теплоэнергетической эффективности [1, 2]. Это обусловлено активным механизмом взаимодействия потока теплоносителя с поверхностью профилированных каналов в условиях внешнего поперечного обтекания контактирующих сфероидальных выступов и создания пристенных отрывных зон и одновременного генерирования турбулентных вихревых структур в сфероидальных впадинах.
Матрица теплообменника с "традиционной" компоновкой пластинчатой поверхности представляет набор теплообменных элементов, каждый из которых состоит из двух одинаковых профильных пластин с контактирующими сфероидальными выступами, образующих при этом внутренние каналы для одного из теплоносителей. При взаимном контактировании внешних профильных стенок теплообменных элементов образуются промежуточные профилированные каналы для другого теплоносителя.
i
ш
к
Интенсифицирующие особенности рельефа с обтекаемыми сфероидальными выступами и впадинами с шахматной (треугольной) или коридорной (линейной) схемами расположения в компоновках с каналами одинакового сечения для смежных теплоносителей проявляются по-разному и зависят от условий взаимодействия потока с профильной поверхностью. При этом теплоэнергетическая эффективность пластинчатой поверхности с шахматной схемой расположения сфероидальных выштамповок существенно выше, чем для поверхности с коридорной, оси разбивки которой повернуты относительно шахматной схемы на угол φ=45°. В этой связи представляет интерес оценка эффективности поверхности с промежуточной (между шахматной и коридорной) схемой расположения сфероидальных выступов и впадин, определяемой значением угла ее ориентации φ относительно направления потока теплоносителя внутри интервала его изменения . Здесь , где φ - текущее значение угла ориентации в интервале от φ=0° , соответствующее шахматной схеме, до φ=45° , соответствующее коридорной схеме расположения выштамповок.
В результате исследований пластинчатой поверхности теплообмена в условиях различной ориентации массива сфероидальных элементов рельефа относительно направления потока было установлено, что максимуму тепловой эффективности поверхности соответствует промежуточная схема расположения выштамповок с углом ориентации φ≈30°  [3].
Задачами предлагаемой полезной модели являются интенсификация теплоотдачи и снижение гидродинамического сопротивления профильной пластинчатой поверхности с промежуточной схемой расположения сфероидальных выступов и впадин  при ее "традиционной" компоновке, обеспечивающие уменьшение объема матрицы, снижение металлоемкости и затрат на изготовление теплообменника.
opt
Поставленные задачи решаются при использовании матрицы пластинчатого теплообменника с поверхностью в виде пластин сетчато-поточного типа с квадратной разбивкой осей равновеликих двухсторонних сфероидальных выступов и впадин, образующих при взаимном контакте сфероидальных выступов изолированные профилированные каналы для смежных теплоносителей ("горячего" и "холодного"), отличающейся тем, что оси продольных рядов чередующихся сфероидальных выступов и впадин, соответствующие шахматной (треугольной) схеме их расположения на выполненной профильной поверхности пластин, образуют с продольной осью пластины и направлением вектора течения потока теплоносителя угол φ≈30° , обеспечивающий оптимальную ориентацию поперечно обтекаемых контактирующих сфероидальных выступов и впадин относительно направления течения и благоприятные условия взаимодействия потока отрывного характера с поверхностью профилированных каналов и, как следствие, улучшение ее теплоаэродинамических характеристик и повышение теплоэнергетической эффективности.
При реализации полезной модели могут быть получены следующие технико-экономические результаты:
1. Интенсификация теплоотдачи поверхности путем создания более благоприятных условий взаимодействия потока с элементами рельефа пластины при оптимальной их ориентации.
2. Снижение металлоемкости матрицы теплообменного аппарата при использовании пластин с оптимальной схемой расположения сфероидальных выштамповок.
ш
к
i
ш
opt
к
На фиг.1 изображена схема квадратной разбивки осей сфероидальных выступов и впадин пластин и различные направления вектора течения потока теплоносителя, соответствующие разным углам ориентации поверхности: φ=0° - шахматная схема; φ=45° - коридорная схема; φ - промежуточная схема расположения выштамповок; на фиг.2 - сечения профилированных каналов 1 и 2 при шахматной (А-А на фиг.1) схеме расположения выштамповок; на фиг.3 - сечения профилированных каналов 1 и 2 при коридорной (Б-Б на фиг.1) схеме расположения выштамповок; на фиг.4 - фрагмент пластинчатой поверхности с шахматной схемой (φ=0°) расположения сфероидальных выштамповок; на фиг.5 - фрагмент пластинчатой поверхности с промежуточной (оптимальной) схемой (φ≈30°) расположения сфероидальных выштамповок; на фиг.6 - фрагмент пластинчатой поверхности с коридорной схемой (φ=45°) расположения сфероидальных выштамповок.
При работе пластинчатого теплообменника с матрицей из пластин с оптимальной схемой расположения сфероидальных выступов и впадин теплота от "горячего" теплоносителя, проходящего во внутренних профилированных каналах 1 теплообменных элементов, передается "холодному" теплоносителю, проходящему в промежуточных профилированных смежных каналах 2 и омывающему внешнюю поверхность теплообменных элементов.
Тепловая эффективность поверхности с оптимальной схемой расположения элементов рельефа профилированных каналов матрицы повышается вследствие улучшения гидродинамической обстановки течения потока и активизации обменных процессов в кормовых рециркуляционных зонах контактирующих выступов и сфероидальных впадинах и генерирования дополнительной турбулентности в пристенном слое.
Источники информации, использованные при составлении заявки:
1. Берман С.С. Авторское свидетельство №122567.
2. Андреев М.М., Берман С.С. и др. Теплообменная аппаратура энергетических установок. - М.: Машгиз, 1963. - 240 с.
3. Анисин А.А. Интенсификация теплообмена в профилированных каналах пластинчатых теплообменников: монография. - Брянск: Изд-во БГТУ, 2008. - 152 с.