СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА
METHOD OF INTENSIFICATION OF HEAT CONVECTION

Изобретение относится к области интенсификации конвективного теплообмена и может быть использовано при разработке электроконвективных теплообменников и электрогидродинамических тепловых труб, а также при создании систем охлаждения высоковольтного энергетического оборудования.
Известен способ интенсификации теплообмена путем обдува поверхности теплообмена электрическим ветром от игольчатого электрода [1].
Однако такой способ не обеспечивает создания больших струй теплоносителя и разгона теплоносителя до больших скоростей. Поскольку способ основан на использовании коронного разряда, теплоноситель разгоняется тонкими струями до скоростей не более 2-3 м/сек.
Известен также способ интенсификации теплообмена путем формирования потока теплоносителя и подачи его к теплообменной поверхности [2].
Однако из-за низкой турбулентности потока такой способ не эффективен.
В качестве прототипа выбран способ интенсификации конвективного теплообмена путем формирования потока теплоносителя и подачи его к теплообменной поверхности [3]. Такой способ создает повышенный коэффициент теплоотдачи за счет увеличения начальной степени турбулентности струи и поворота теплоносителя.
Однако для создания таких условий организуется радиальное центростремительное течение струи за счет применения компрессоров высокого давления. Помимо этого в способе осуществляют поворот теплоносителя, что всегда сопровождается большими гидравлическими сопротивлениями. И самое главное - этот способ не применим для охлаждения высоковольтной аппаратуры.
Целью предлагаемого изобретения является интенсификация теплообмена (повышения коэффициента теплоотдачи) за счет автоколебательного движения подпружиненного элемента.
В предлагаемом способе интенсификации теплообмена это достигается путем формирования потока теплоносителя и подачи его к теплообменной поверхности,
Отличительными особенностями можно признать то, что между заземленной поверхностью теплообмена и высоковольтным электродом устанавливают с зазором относительно них пленочный составной элемент, состоящий из соединенных между собой электропроводящей и диэлектрической пленок, металлическое покрытие элемента располагают вблизи высоковольтного электрода, сам элемент подпружинивают на диэлектрических опорах и под действием электрического воздействия искрового разряда приводят элемент в автоколебательное движение.
Другими особенностями можно признать то, что составной элемент устанавливают с наклоном относительно поверхности теплообмена, то, что составной элемент перфорируют, причем металлические края перфораций обращают в сторону поверхности теплообмена, то, что составной элемент выполняют в виде круга, а соотношение между площадью теплообмена и площадью элемента выбирают от 1,5 до 1,7, преимущественно в математическом выражении золотого сечения в 1,618 и то, что края носителя снабжают равномерно по периметру диэлектрическими «крылышками», закрепленными на носителе только с одной стороны.
Технический результат, получаемый при разработке системы охлаждения высоковольтного энергетического оборудования, сводится к интенсификации движения теплоносителя под действием автоколебательного процесса.
На фиг. 1 изображена схема по реализации этого способа, интенсификации конвективного теплообмена путем формирования потока теплоносителя 1 и подачи его к теплообменной поверхности 2. Между заземленной поверхностью теплообмена 2 и высоковольтным электродом 3, подключенным к источнику высокого напряжения 4, устанавливают с зазором 5 относительно них пленочный составной элемент 6, состоящий из соединенных между собой электропроводящей 7 и диэлектрической пленок 8, металлическое покрытие элемента 7 располагают вблизи высоковольтного электрода 3, сам составной элемент 6 подпружинивают на диэлектрических опорах 9 и под действием электрического воздействия искрового разряда приводят составной элемент 6 в автоколебательное движение.
На фиг 2. приведена модификация, при которой составной элемент 6 устанавливают с наклоном относительно поверхности теплообмена 2.
На фиг. 3. приведена модификация, у которой составной носитель 6 перфорируют, причем металлические края 10 перфораций обращают в сторону поверхности теплообмена 2.
На фиг. 4 приведена модификация, при которой края составного носителя 6 снабжают равномерно по периметру диэлектрическими «крылышками» 11, закрепленными на составном носителе 6 только с одной стороны.
На фиг 5 приведена модификация, у которой соотношение между площадью теплообмена и площадью составного элемента выбирают от 1,5 до 1,7, преимущественно в математическом выражении золотого сечения в 1,618.
Работает предлагаемый способ интенсификации конвективного теплообмена следующим образом. При осуществлении искрового разряда импульсный разряд, попадая на составной носитель 6, заряжает его и приводит в движение в одну сторону. При стекании разряда со составного носителя 6 на поверхность теплообмена 2 и действии диэлектрических опор 9 составной носитель 6 двигается в противоположную сторону. Таким образом, создается автоколебательное движение составного носителя 6, что приводит к интенсификации конвективного теплообмена с поверхности теплообмена 2.
Если составной элемент 6 выполнен только из металлической пленки 7, движение практически отсутствует и вся электростатическая энергия идет на точечное испарение металлической пленки 7. При наличии металлической 7 и диэлектрической пленки 8 заряд стекается к кромке составного элемента и в режиме того же искрового разряда стекает на заземленную поверхность теплообмена 2.
В случае, если составной элемент 6 устанавливают с наклоном относительно поверхности теплообмена 2, наблюдается увеличение частоты автоколебательного движения составного носителя 6. Экспериментально зарегистрировано автоколебательное движение носителя 6 с частотами от 10 до 30 Гц
При наличии перфораций с металлическими краями 10 перфораций, обращенных в сторону поверхности теплообмена, наблюдается увеличение коэффициента теплоотдачи, что можно объяснить как импульсным коронированием металлических краев 10, так и автоколебательным процессом составного носителя 6.
Наибольший коэффициент теплоотдачи с поверхности 2 регистрируется непосредственно под краями составного носителя 6. В случае, если составной элемент 6 выполняют в виде круга, а соотношение между площадью теплообмена и площадью составного элемента выбирают от 1,5 до 1,7, преимущественно в математическом выражении золотого сечения в 1,618.
Пример выполнения способа. При выполнении носителя 6 в виде носителя 6, выполненного из электрпроводящей и диэлектрических пленок в виде подпружиненного круга диаметром от 60 до 80 мм, экспериментально получено автоколебательное движение, увеличивающиеся от 10 до 25 Гц при увеличении напряжения на высоковольтном электроде от 15 до 20 кВ и токах до 20 мкА, что практически не сказывается на повышении температуры перемещаемого теплоносителя.
При установке «крылышек» 11, двигающихся с максимальными амплитудами, выбранное соотношение между площадью теплообмена 2 и площадью составного элемента 6 оптимально.
Источники информации
1. М.К. Болога и др. «Электроконвективное охлаждение высоковольтной аппаратуры». Электронная обработка материалов, №2, 1985 г., с. 48-50.
2. Авторское свидетельство СССР №649761.
3. Патент России №1575064.