Спосіб інтенсифікації конвективного теплообміну

Реферат: Спосіб інтенсифікації конвективного теплообміну включає формування круглого потоку і створення на поверхні теплообміну вихрової течії теплоносія. Вихри формуються шляхом обертання поворотної заслінки, яку встановлюють в трубопровід теплоносія, створюють низькочастотні пульсації. При цьому як оброблюване тіло використовують заготовки льоду, які нагрівають потоком теплоносія. UA 85127 U (54) СПОСІБ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМІНУ UA 85127 U UA 85127 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до області теплотехніки і може бути використана в металургійній, машинобудівній та інших галузях промисловості для інтенсифікації конвективного теплообміну, безпосередньо при дослідженні технології нагріву твердих тіл. Відомий спосіб інтенсифікації конвективного теплообміну [А.с. СРСР № 1575064, МПК F28F 13/06, опубл. 30.06.1990, БВ № 24], що включає формування круглого потоку теплоносія, яке здійснюють організацією радіальної доцентрової течії теплоносія у вигляді збіжного струменя, паралельній поверхні, з подальшим поворотом теплоносія в полюсі струменя в бік теплообмінної поверхні. Під впливом нестаціонарного гідродинамічного перетискання вихідного перетину в області повороту потоку за рахунок інерційних сил струменя, що збігається, початкова турбулентність круглого потоку різко зростає. На деякій відстані від зрізу вихідного отвору утворюється перетин потоку зі значним прискоренням течії. Аналог не дозволяє зруйнувати пограничний гідродинамічний шар, так як гідравлічні втрати зростають при збільшенні теплової потужності пристроїв. Також при повороті потоку теплоносія ускладнюється реалізація способу. Найбільш близьким аналогом є спосіб інтенсифікації теплообміну [Патент РФ № 2122167, МПК F28F 13/12, F28F 13/08 опубл. 20.1 1.1998], в якому над поверхнею теплообміну створюють поздовжні вихри шляхом накладення радіальної течії обертових дисків на набігаючий потік за рахунок розміщення їх над поверхнею теплообміну, при цьому диски розташовують паралельно один одному. Дотична до лінії перетину поверхні теплообміну і довільної площини, паралельної площині дисків, збігається за напрямком з вектором швидкості потоку, що набігає. Обертання в напрямку дисків, закріплених на валу і встановлених над поверхнею теплообміну, до нижньої сторони, до якої підводиться тепло, призводить до розвитку в потоку над поверхнею поздовжніх вихрів зі спіральними лініями течії, і на самій поверхні - формування системи ліній розтікання і стікання, що розташовуються, відповідно, навпаки країв дисків і на половині відстані між ними. Сили тертя в міждисковому просторі підтримують розвиток потоку, що омиває, за рахунок тангенціальною компоненти, а радіальна компонента швидкості близько обертового диска забезпечує рециркуляційну картину течії в поздовжніх вихрах на поверхні. Така картина перебігу забезпечує перенесення поздовжніми вихрами тепла від поверхні теплообміну до внутрішніх шарів потоку, що омиває, збільшуючи тим самим коефіцієнт теплообміну. Найбільш близький аналог не дозволяє досягти збільшення турбулентної течії теплоносія при довільній відстані між обертовими дисками. Механічний вплив, який застосовується в цьому способі є коливальним процесом і має стохастичний характер, й уступає за максимальним значенням швидкості ударному механічному впливу, який заявляється. Загальними ознаками найбільш близького аналога і корисної моделі, що заявляється, є: - формування круглого потоку теплоносія; - створення на поверхні теплообміну вихрової течії теплоносія. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу інтенсифікації конвективного теплообміну за рахунок формування вихрів шляхом обертання поворотної заслінки, яку встановлюють в трубопровід теплоносія, створення низькочастотних пульсацій, при цьому як тіло, що обробляється, використовують заготовки льоду, які нагрівають потоком теплоносія, чим досягається технічний результат збільшення турбулентності течії теплоносія. Поставлена задача вирішується тим, що в способі інтенсифікації конвективного теплообміну, що включає формування круглого потоку теплоносія і створення на поверхні теплообміну вихрової течії, згідно з корисною моделлю, формуються вихри шляхом обертання поворотної заслінки, яку встановлюють в трубопровід теплоносія, створюють низькочастотні пульсації, при цьому як оброблюване тіло використовують заготовки льоду, які нагрівають потоком теплоносія. Вказані ознаки складають суть корисної моделі, такяк є необхідними і достатніми для досягнення технічного результату. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляються, та технічним результатом полягає у такому. Приклад. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, на фіг. 1 - схема моделі камерної печі, на фіг. 2 - графік залежності часу нагрівання від частоти пульсацій теплоносія, на фіг. 3 графік залежності коефіцієнта тепловіддачі від частоти пульсацій теплоносія, на фіг. 4 - графік залежності скорочення часу нагріву від частоти пульсацій теплоносія, на фіг. 5 - графік залежності збільшення коефіцієнта тепловіддачі від частоти пульсацій теплоносія. На фіг. 1 показані: 1 - труба для повітря, що відходить; 2 - камера; 3 - труба для повітря до верхнього ряду пальників; 4 - труба для повітря до нижнього ряду пальників; 5 - поворотна заслінка; 6 - верхній ряд пальників, встановлений під кутом 45°; 7 - нижній ряд пальників, 1 UA 85127 U 5 10 15 20 25 встановлений під кутом 0°; 8 - заготовки льоду; 9 - решітка; 10 - електродвигун; 11 електропилосос; 12 - воронка для стоку води. Для дослідження конвективного теплообміну використовувалася поворотна заслінка 5, яка встановлювалася в повітропровід 4 печі 2, як теплоносій використовувалось повітря, а як тверде тіло, що нагрівалось, використовувалися заготовки льоду 8. В камері стенда печі 2 формувався круглий потік теплоносія шляхом нагнітання електропилососом 11 повітря і температурою навколишнього середовища для плавлення заготовок льоду 8. В подавальний повітропровід печі 4 встановлювали поворотну заслінку 5, шляхом обертання якої на поверхні теплообміну створювалося вихрова течія повітря. Рух заслінки здійснювався через редукторну передачу за допомогою двигуна постійного струму 10. Заготовки льоду укладалися на решітку 9. Під впливом повітря, що відходив з групи пальників 7, лід плавився, і вода стікала через лійку 12, встановлену на поду печі. Повітря відводилося через трубу 1, встановлену у зводі печі. Протікання технологічного процесу в печі візуалізувалося за допомогою web-камери (на кресленні не показано). Перший експеримент проводився при безімпульсному режимі теплоносія. Експерименти при імпульсної подачі теплоносія проводилися за таких же параметрах, але з встановленою поворотною заслінкою 5 у вхідний повітропровід 4. Для дослідження способу подачі повітря залежно від кута нахилу сопел пальників, повітря подавали через трубу 4 нижнього ряду 7, встановлених під кутом 0°. Використання запропонованої корисної моделі дозволить скоротити витрати енергії на дослідження конвективного теплообміну, за рахунок виключення теплообміну випромінюванням, і забезпечить відсутність металоємності стенду печі, що знизить вартість установки і її габарити. Дані, отримані в результаті експерименту зведені в таблицю 1 - експериментальне порівняння імпульсного і безімпульсного режимів теплової обробки заготовок в печі, та приведені на фіг. 2, фіг. 3, фіг. 4, фіг. 5. При зміні способу подачі повітря в робочу камеру печі, змінювалися час плавлення льоду і коефіцієнт конвективної тепловіддачі. № п/п Частота, Гц Час , с 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0,7 1 1,13 1,23 1,4 1,67 1,75 978 800 790 780 775 750 720 714 Коефіцієнт тепловіддачі , 2. Вт/(м °С) 52,55 59,59 61,63 62,42 64,52 64,91 69,45 76,21 Температура, °С , % , % 18 19,5 19 19 18,5 19 18,5 17 0 12,8 17,3 18,8 22,8 23,5 32,2 45 0 18,2 19,2 20,2 20,8 23,3 26,4 27 30 35 40 45 При зміні способу подачі повітря в робочу камеру печі, змінювалися час плавлення льоду і коефіцієнт конвективної тепловіддачі. Так як при плавленні льоду температура тіла залишається постійною, то їй можна знехтувати, а витрату і температуру теплоносія вважати виходячи з кількості води. Дослідження, проведені для заготовок у кількості 14 штук, з усередненою стороною 1,6 см, показали, що характер пульсацій впливає на інтенсивність конвективного теплообміну. Це пояснюється тим, що частота пульсацій впливає на коефіцієнт тепловіддачі і час нагрівання злитків. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб інтенсифікації конвективного теплообміну, що включає формування круглого потоку і створення на поверхні теплообміну вихрової течії теплоносія, який відрізняється тим, що вихри формуються шляхом обертання поворотної заслінки, яку встановлюють в трубопровід теплоносія, створюють низькочастотні пульсації, при цьому як оброблюване тіло використовують заготовки льоду, які нагрівають потоком теплоносія. 2 UA 85127 U 3 UA 85127 U 4 UA 85127 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5