Пристрій для інтенсифікації тепломасопереносу

Реферат: Пристрій для інтенсифікації тепломасопереносу складається з теплообмінної поверхні, в якому шляхом виконання нових генераторів поздовжніх вихорів, встановлених на теплообмінній поверхні попереду круглих лунок, у вигляді сегмента сфери таким чином, що бокові краї кожної лунки знаходяться напроти двох генераторів поздовжніх вихорів, забезпечується формування по краях лунки двох торнадоподібних вихорів, а також стабільних заданої форми поздовжніх вихорів за генераторами вихорів. Все це призводить до істотної зміни структури течії і за рахунок цього до суттєвого підвищення тепломасопереносу в широкому діапазоні швидкостей теплоносія. UA 100216 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ТЕПЛОМАСОПЕРЕНОСУ UA 100216 U UA 100216 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплотехніки, а саме до конструкцій теплообмінних поверхонь, і може бути використана в теплообмінниках різного призначення, а також для управління характеристиками динамічного примежового шару і потоку. Відомо, що основним чинником, що обмежує місцевий конвективний теплообмін, є швидкий ріст теплових примежових шарів у межах внутрішніх проточних частин теплообмінників. З цієї причини численні геометричні схеми були винайдені для того, щоб зруйнувати примежовий шар і його ізолюючий ефект [1]. Відомо, що теплові примежові шари корелюються з динамічними примежовими шарами, що виникають на обтічних поверхнях. Тому руйнування теплових примежових шарів призводить до руйнування динамічних примежових шарів, за рахунок чого зростає гідродинамічний опір та зменшується ефективність пристроїв для інтенсифікації тепломасопереносу [1]. Останнім часом пропонуються пристрої, які дозволяють формувати в примежовому шарі поздовжні вихрові структури, які зменшують гідродинамічний опір та інтенсифікують тепломасоперенос [2]. Основна задача при інтенсифікації теплообміну за допомогою різноманітних пристроїв полягає в тому, щоб якомога більше мінімізувати зростання при цьому опору тертя. Відомо, що підтримування стабільних поздовжніх вихорів в примежовому шарі дозволяє суттєво зменшити гідродинамічний опір. Для формування в примежовому шарі поздовжніх вихрових структур запропоновані пристрої у вигляді прямокутних або трикутних пластинок, що встановлені відносно основної поверхні вертикально або під деяким кутом до поверхні, а також у формі вертикальних паралельних пластинок, встановлених під деяким кутом до напрямку основного потоку [3]. Відома теплообмінна поверхня, що містить плоску основу, на якій вздовж потоку розміщені суцільні ряди вертикальних тонких пластин, на верхніх краях яких утворені за допомогою просікання пелюстки, причому пелюстки розвернуті відносно вертикальних тонких пластин на заданий кут [4]. Недоліком запропонованої поверхні є те, що на теплообмінній поверхні та на поверхні вертикальних тонких пластин формується динамічний та корельований з ними тепловий примежовий шар, який грає роль теплоізолятора між стіною і проточною рідиною. Крім цього в кутових місцях між теплообмінною поверхнею та боковими поверхнями вертикальних тонких пластин формуються кутові примежові шарі, в яких формуються пари поздовжніх вихорів. Для інтенсифікації теплообмінних процесів необхідно руйнувати ці зони примежових шарів. В [4] стверджується, що інтенсифікація теплообміну на оребреній поверхні здійснюється у результаті виникнення на початкових ділянках поверхні пелюсток областей з відривом повітряного потоку, а розворот пелюсток на заданий кут до напрямку потоку посилює ефект інтенсифікації теплообміну за рахунок підвищення турбулізації потоку повітря. Проте цей ефект стосується тільки незначної області потоку в зоні розміщення пелюстків і не стосується найбільш великої області вказаних примежових шарів. Найбільш близьким по технічній суті до корисної моделі "Пристрій для інтенсифікації тепломасопереносу", що заявляється, є прийнятий за прототип пристрій для формування в примежовому шарі поздовжніх вихрових структур [5]. У пристрої генератор поздовжніх вихорів виконано у формі окремого дифузора, що складається з двох однакових вертикальних пластинок, які мають висоту h і довжину b. Кожна з двох пластинок нахилена відносно основного потоку в різні боки під однаковим кутом β таким чином, що пластинки розходяться нижче по потоку одна від одної. Відстань між пластинками посередині їх довжини дорівнює d, а відстань між поздовжньою віссю симетрії кожного сусіднього в ряду дифузора дорівнює D. Безрозмірні параметри для системи дифузорів становлять h/δ=0,3÷1,1, де товщина примежового шару δ виміряна в місці розташування дифузорів; b/h=2,5÷7,0; b/d=0,5÷1,5; β=10°÷25°, D/b=4. Недоліком прототипу є те, що на кожній пластинці дифузора формується три типи вихорів. За передньою відносно напрямку потоку вертикальною кромкою пластинок відривається вихрова пелена, що рухається всередині дифузора вздовж пластинок по напрямку до задньої вертикальної кромки пластинки. Одночасно в кутовій області між вертикальною пластинкою та горизонтальною поверхнею виникає кутовий примежовий шар, в якому формується пара поздовжніх вихорів. Задня кромка пластинки розглядається як вертикальне крило, на якому формується вихрова пелена, що в подальшому формується в поздовжній вихор. Ці три види вихорів на деякій відстані за пластинкою поєднуються між собою і формують одну систему поздовжніх вихорів складної конфігурації, стабільність якої буде залежати від конструкції теплообмінного пристрою та параметрів потоку. В основу корисної моделі поставлено задачу розробки ефективного принципово нового пристрою для інтенсифікації тепломасопереносу, в якому шляхом виконання нових генераторів поздовжніх вихорів, встановлених на теплообмінній поверхні попереду круглих лунок, у вигляді 1 UA 100216 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сегмента сфери таким чином, що бокові краї кожної лунки знаходяться напроти двох генераторів поздовжніх вихорів, забезпечується формування по краях лунки двох торнадоподібних вихорів, а також стабільних заданої форми поздовжніх вихорів за генераторами вихорів. Все це призводить до істотної зміни структури течії і за рахунок цього до суттєвого підвищення тепломасопереносу в широкому діапазоні швидкостей теплоносія. Поставлена задача вирішується відповідно до корисної моделі за рахунок того, що пристрій складається з теплообмінної поверхні, на якій встановлені комплекси, які містять два генератори поздовжніх вихорів, що виконані у вигляді двох однакових тонких вертикальних пластинок, у яких нижній край і бокові краї знаходяться під прямим кутом між собою, а верхній край прямою лінією з'єднує короткий передній край з довгим заднім краєм відносно напрямку потоку, причому пластинки з'єднані між собою поблизу теплообмінної поверхні і, починаючи з середини довжини короткого краю, поступово розходяться вздовж довжини, одночасно з середини довжини короткого краю пластинки закручуються по різні боки у вигляді частини циліндричних поздовжніх горизонтальних поверхонь, діаметр яких дорівнює довжині короткого краю, яка, в свою чергу, дорівнює не менше половини довжини пластинки і повинна бути не менше половини товщини примежового шару в місці установки генератора, а довжина довгого заднього краю дорівнює 0,8 довжини пластинки, які встановлені на поперечній відносно напрямку потоку добре обтічній пластинці, що закріплена на теплообмінній поверхні і має ширину, яка дорівнює половині висоти генератора вихорів, а зверху на пластинці зроблені поздовжні прорізи, в яких закріплені генератори вихорів, причому пластинка з генераторами вихорів встановлена перед круглою лункою, яка виконана на теплообмінній поверхні у формі сегмента сфери з закругленим краєм, і розташована на відстані від поперечної пластинки, що дорівнює довжині генераторів вихорів, а пластинка має довжину в поперечному напрямку, яка трохи більше діаметра лунки, і відстань між поздовжніми осями генераторів вихорів становить дві третини діаметра лунки, причому при зростанні чисел Рейнольдса встановлюється тільки один генератор поздовжніх вихорів; комплекси, що складаються з лунки і генераторів вихорів, встановлюються на теплообмінній поверхні в трансверсальному напрямку рядами так, щоб лунки знаходились одна за одною, а відстань між генераторами вихорів сусідніх комплексів дорівнювала відстані між ними в комплексі, в той же час відстань між сусідніми рядами лунок в напрямку потоку має бути не менше 2,5 діаметра лунки і визначається відстанню, на якій дисипують торнадо-вихори, що формуються в лунках, та поздовжні вихори, що формуються за генераторами вихорів. Суть корисної моделі пояснюється наступними фігурами: фіг. 1 показує кадр відеофільму, в якому зображено візуалізацію формування вихрових структур при обтіканні круглої лунки у формі сегмента сфери, вигляд зверху; фіг. 2 показує кадр відеофільму, в якому зображено візуалізацію формування вихрових структур при обтіканні запропонованого пристрою; фіг. 3 показує схему формування пари поздовжніх вихорівза генераторами вихорів; фіг. 4 показує форму заготовки однієї пластинки генератора вихорів; фіг. 5 показує загальний вигляд запропонованої корисної моделі, вигляд зверху; фіг. 6 показує переріз А-А на фіг. 5. На фіг. 1 показаний вигляд зверху візуалізації обтікання круглої лунки 2, що знаходиться на обтічній поверхні 1. Лунка має геометричні параметри: діаметр d=20 мм, глибина h=5 мм, h/d=0,25. У лунці по краях сформовано два поздовжніх веретеноподібних вихори 3. На фіг. 2 показаний вигляд зверху візуалізації обтікання круглої лунки 2, що знаходиться на обтічній поверхні 1, та двох генераторів поздовжніх вихорів 4, які встановлені проти бокових країв лунки. При взаємодії поздовжніх вихорів, що сформовані за допомогою генераторів вихорів 4, з двома поздовжніми веретеноподібними вихорами 3 (фіг. 1) в лунці сформовано два торнадоподібні вихори 5. На фіг. 3 наведена схема формування пари поздовжніх вихорів за генератором вихорів, а на фіг. 4 форма заготовки однієї пластинки генератора вихорів. На фіг. 5 наведено вигляд зверху теплообмінної поверхні 1, на якій розташована кругла лунка 2 діаметром d і поперечна пластинка 6 шириною b та довжиною L, на якій закріплено два генератори поздовжніх вихрів 4, які розташовані напроти бокових країв лунки на відстані між собою L1