Циклонный теплообменный элемент рекуператора
Владельцы патента RU 2566198:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) (RU)
Изобретение относится к теплообменной технике и может найти применение в промышленной теплоэнергетике. Циклонный теплообменный элемент рекуператора содержит центральный канал 1, образованный внутренней трубой 2 и кольцевой канал 3, образованный внутренней и наружной трубами 2 и 5, соответственно, подключенными к патрубкам подвода 6 и отвода 7 воздуха, патрубок 6 размещен на наружной трубе 5 и установлен тангенциально. На внутренней поверхности наружной трубы 5 со стороны противоположной днищу наружной трубы на расстоянии, равном z=0,4Lк, нанесена искусственная шероховатость 8, например, в виде накатки, где Lк - полная длина кольцевого канала. Технический результат - повышение эффективности теплообменного элемента. 2 ил.
Изобретение относится к теплообменной технике и может найти применение в промышленной теплоэнергетике.
Результаты исследования теплоотдачи в кольцевом канале с закрученным воздушным потоком приведены в монографии Э.Н. Сабурова. Циклонные нагревательные устройства с интенсифицированным конвективным теплообменом. - Архангельск: Сев.-Зап. кн. Изд-во, 1995. - 344 с.
Известен теплообменный элемент рекуперативного воздухоподогревателя, выполненный в виде внутренней и наружной труб, последняя из которых заглушена с торца днищем, расположенным от выходного торца трубы с заданным зазором (а.с. 941793, СССР, МПК3 F23L 15/04, 1982). Недостатком этого решения является низкий уровень интенсивности теплообмена.
Известен теплообменный элемент рекуператора, содержащий кольцевой и центральный каналы, образованные внутренней и наружной, заглушенной с одного торца днищем, трубами, подключенными к патрубкам подвода и отвода воздуха, размещенными в зоне противоположных относительно днища торцов труб, причем патрубок подвода воздуха размещен на наружной трубе и установлен тангенциально (а.с. 1386804, СССР, МПК4 F23L 15/04, 1987).
Данное техническое решение является наиболее близким к заявляемому и принято за прототип.
Недостатком прототипа является относительно низкий уровень интенсивности теплообмена на внутренней поверхности наружной трубы, а следовательно, и тепловой эффективности теплообменного элемента рекуператора.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение тепловой эффективности теплообменного элемента рекуператора за счет увеличения интенсивности теплоотдачи на внутренней поверхности наружной трубы.
Это достигается тем, что в циклонном теплообменном элементе рекуператора, содержащем кольцевой и центральный каналы, образованные внутренней и наружной, заглушенной с одного конца днищем, трубами, подключенными соответственно к патрубкам подвода и отвода воздуха, размещенными в зоне противоположной относительно днища торца наружной трубы, патрубок подвода воздуха размещен на наружной трубе и установлен тангенциально, а на части внутренней поверхности наружной трубы в целях интенсификации теплообмена создана искусственная шероховатость. Экспериментально установлено, что при создании на такой длине канала участка поверхности с искусственной шероховатостью можно получить на ней максимальный эффект интенсификации теплоотдачи и максимальное значение тепловой эффективности теплообменного элемента рекуператора.
Максимальный эффект интенсификации теплоотдачи, достигаемый на рекомендуемой длине участка трубы с искусственной шероховатостью, является результатом, главным образом, увеличения поверхности теплоотдачи за счет шероховатости и повышения турбулентности течения в пристеночном слое поверхности трубы, покрытой шероховатостью. Одновременно на гладкой части канала имеет место снижение уровня теплоотдачи за счет уменьшения скорости потока воздуха из-за раскрутки и торможения спирального циклонного потока. Однако при этом среднее значение коэффициента теплоотдачи для всей поверхности теплоотдачи рекуператора оптимально, что и определяет максимальное значение тепловой эффективности рекуператора.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где на фиг. 1 изображена схема циклонного теплообменного элемента рекуператора, на фиг. 2 - поперечный разрез А-А на фиг. 1.
Циклонный теплообменный элемент рекуператора содержит центральный канал 1, образованный внутренней трубой 2 и кольцевой канал 3, образованный днищем 4, внутренней 2 и наружной 5 трубами, подключенными к патрубкам подвода 6 и отвода 7 воздуха, размещенным в зоне труб 2 и 5; патрубок 6 размещен на наружной трубе 5 и установлен тангенциально; на части внутренней поверхности наружной трубы 5 в целях интенсификации теплообмена нанесена искусственная шероховатость 8, например, в виде накатки, на расстоянии, равном
z=0,4Lк,
где Lк - полная длина кольцевого канала со стороны противоположной днищу наружной трубы.
Экспериментально установлено, что нанесение на части внутренней поверхности наружной трубы на расстоянии, равном 0,4 от полной длины кольцевого канала, со стороны противоположной днищу наружной трубы искусственной шероховатости в виде накатки позволяет получить максимальное значение среднего значения коэффициента теплоотдачи для всей внутренней поверхности теплоотдачи кольцевого канала и максимальное значение тепловой эффективности рекуператора.
Циклонный теплообменный элемент рекуператора работает следующим образом.
Нагреваемый воздух через патрубок 6 вводится в кольцевой канал 3 между внутренней 2 и наружной 5 трубами и закручивается. Движущийся по спиральной траектории воздух нагревается от внутренней поверхности наружной трубы 5, доходит до днища 4 и выводится по внутренней трубе 2 наружу через патрубок 7.
Интенсификация теплоотдачи в устройстве в целом определяет значительное повышение эффективности теплообменного элемента.
1. Циклонный теплообменный элемент рекуператора, содержащий кольцевой и центральный каналы, образованные внутренней и наружной, заглушенной с одного конца днищем, трубами, патрубки подвода и отвода воздуха, размещенные в зоне противоположной относительно днища наружной трубы, при этом патрубок подвода воздуха размещен на наружной трубе и установлен тангенциально на части внутренней поверхности, отличающийся тем, что на части внутренней поверхности наружной трубы кольцевого канала со стороны противоположной днищу наружной трубы нанесена искусственная шероховатость на длине z=0,4Lк, где Lк - полная длина элемента рекуператора.
2. Циклонный теплообменный элемент рекуператора по п. 1, отличающийся тем, что искусственная шероховатая поверхность нанесена в виде накатки.
