Способ интенсификации теплообмена в каналах

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 0957 А 1 9) (1) РЕСПУБЛ 51)5 Р 28 Р ЗОБР АН ЕТЕЛЬСТВУ КОМУ С В ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ РИ ГКНТ СССР(71) Центральный институт авиационногомоторостроения им. П.И. Баранова(54) СПОСОБ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ТЕПЛООБМЕНА В КАНАЛАХ Изобретение относится к теплотехнике может быть использовано в различных плообменных аппаратах. Цель изобретения - снижение энерготрат путем интенсификации теплообмена.Известно, что теплообмен интенсифицируется под воздействием звуковых колебаний, уровень которых превышает т,н. "критический" уровень звукового давления, изменяющийся согласно различным известным данным в пределах 140 - 160 дБ. Однако из-за низких значений КПД излучателей. их применаниедля возбуждения мощных колеИ,2, . ц (57) Использование: теплот ника, интенсификация теплообмена в химически не реагирующих газовых потоках, Сущность изобретения; в каналах 1,2 предварительно устанавливают с равномерным шагом пластины 4. Прием обдува этих пластин 4 возбуждают автоколебания со сверхкритическим уровнем давления. Авто- колебания возникают в режиме захвата частоты периодического схода вихрей с задних кромок пластин одной из собственных частот колебаний теплоносителя в канале. При возбуждении автоколебаний пространственное распределение амплитуд колебаний давления в области под и над пластинами имеет вид плоских волн. Вверх и вниз по потоку акустическое поле представляет собой поперечную моду с узлом давления на оси канала и экспоненциально затухающей по длине амплитудой. 3 ил. баний в теплообменных аппаратах с практической точки зрения является целесообразным вследствие больших энергозатрат.Известна экспериментальная установка, в которой акустические колебания, интенсифицирующие теплообмен, создаются пульсатором, для которого в качестве привода используется специальный электродвигатель. Недостатком такой конструкции является наличие громоздкого источника, колебаний, размеры которого сравнимы с габаритами самого теплообменника.Известно устройство для созданий акустических колебаний в теплообменном апр О= сопзс и б О +" Р - р ц 2 здп (ц) (2) бо 1 бр Лтр 2 10 6 - массовый расход15 Тг - средняя температура горячего потока;Тх - средняя температура холодного потока,где Х - продольная координата;р- плотность теплоносителя;О - скорость теплоносителя;Р - давление теплоносителя;Т - температура теплоносителя; 20Ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении;ф- температурный коэффициент обьемного расширения;Лтр - коэффициент трения; 25бг - гидравлический диаметр;цкон - тепло. подводимое к единице объема в единицу времени, через поверхностьтеплообмена,астр= - о - рц ядп (ц)- -"- в результатеЛт 3 302 бгработ сил трения,Переход от дифференциалов к измеряемым в эксперименте конечным разностям систему (2) для идеального газа можно преобразовать к виду 40- ( - 1)мДР2Р 50 где ДХ - длина мерного участка;р - показатель адиабаты;М - число Маха потока;Д Р и ДТ - разности давлений и темпе ратур на входе и выходе мерного участка.В соответствии с общепринятым подходом гидравлические потери характеризуются числом Эйлера (Ец), а теплообмен -Обработка измеряемых параметров основывается на следующих теоретических предпосылках. Система уравнений для описания. стационарного течения газа в каналах постоянного сечвния с учетом трения имеет вид р 0 Ср - 3 ТО - = Чкон + Чтр бТ бр бх бх 1 при О 0Вцп(п)= -1 при О О Лтр Дх ДТ ДР 1 СкОН Дх ДТ (1 р 1) 2)рОСрт т коэффициентом теплопередачи К, которыеможно выразить, используя (3), в виде: 6 ср т (1+ (к - 1)ьУ ) -- (к - 1)мДТ ДР 2 Кт где 3 - площадь поверхности теплообмена; бхбг Кбг То - ТхМох - х Гх Тпл - Тх Из условия равенства теплового потока между горячим и холодным газом и тепловых потоков между теплоносителями и пластиной 3, можно найти связь коэффициента теплопередачи К с коэффициентом теплоотдачи . По найденным значениям коэффициентов теплоотдачи определяются числа Нуссельта для холодного (горячего) потока где Тпл - температура пластины;х - коэффициент теплопроводности холодного газа приОтношения полученных указанными выше способами чисел. Нуссельта йо, Ио и Эйлера Ео, Еоо в зависимости от числа Рейднольдса представлены на фиг,2 и 3. Видно, что применение предлагаемого способа интенсификации теплообмена в диапазоне чисел Ве = (0,6 - 1) х 10, соответствующем режимам возбуждения автоколебаний в каналах с пластинами, приводит к существенному увеличению теплоотдачи, характеризующемуся возрастанием чисел Нуссельта в 1,4 - 2,8 раза, при увеличении гидравлических потерь, определяемых числами Эйлера в 1,5 - 1,8 раза. Расчет по (1) с использованием представленных на фиг.2 и 3 экспериментальных данных показывает, что в диапазоне чисел Яе =(0,8-1,0)х 10 о применение предлагаемого способа интенсификации теплообмена позволяет уменьшить массу теплообменной поверхности в 3,3 раза.В настоящее время на предприятии проведены экспериментальные исследования предлагаемого способа интенсифика1740957 го Од 02 ции теплообмена в модельном теплообменнике.Формула изобретения Способ интенсификации теплообмена вканалах путем возбуждения автоколебаний,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергозатрат, предварительно по оси канала с равномерным шагом устанавливают пластины и возбуждают автоколе бания со сверхкритическим давлениемпутем обдува упомянутых пластин.1740957 7,6 аг Редак едорова аказ 2077 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ЕыЕир О Составитель М,Ильченко ехред М,Моргентал Корректор оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1