×
08.04.2019
219.016.fe96

Результат интеллектуальной деятельности: Теплообменная поверхность

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в теплообменных аппаратах. Изобретение заключается в выполнении теплообменной поверхности для интенсификации теплоотдачи при турбулентном течении теплоносителя в виде периодически нанесенных выемок, которые выполнены овально-траншейной формы, состоящей из двух половинок сферической выемки диаметром b, соединенных цилиндрической вставкой длиной l, развернутых под углом ϕ к набегающему потоку и с оптимальной геометрической формой. Технический результат - повышение теплогидравлической эффективности теплообменной поверхности. 2 ил., 2 табл.

Изобретение относиться к области энергетики и может быть использовано на транспорте, в химической технологии и других отраслях техники.

Известна поверхность тела для уменьшения трения и поверхность тела для интенсификации теплообмена (Патент РФ №2425260, МПК F15D 1/10 (2006.01) Заявка 2009111020/06 от, 31.08.2006, опубликовано 27.07.2011 Бюл. №21). Поверхность характеризуется тем, что на гладкой поверхности с защитным слоем или без него выполнены выемки, образованные сопряженными по общим касательным выпуклыми и вогнутыми поверхностями второго порядка, при этом сопряжение выемки с исходно гладкой поверхностью осуществляется с помощью выпуклых поверхностей образующих скаты, для которых в местах сопряжения исходно гладкая поверхность является касательной, причем вогнутая поверхность, образующая донную часть выемки, выполнена гладкой или с обтекателем.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению являются теплообменные поверхности с овальными выемками (Isaev S.A., Leont'ev А.I., Kornev N.V., Hassel Е., and Chudnovskii Ya. P. Heat-Exchange Enhancement for Laminar and Turbulent Flows in a Narrow Channel with One-Row Oval Dimples // High Temperature, 2015, Vol. 53, No. 3, pp. 375-387). Поверхность характеризуется тем, что на гладкой поверхности с защитным слоем или без него выполнены овальные выемки, состоящие из двух половинок сферической выемки диаметром b, соединенных цилиндрической вставкой длиной 1. Приведенные результаты численных исследований показывают, что использование данной поверхности с овальными выемками (относительной глубиной h/b=0,2; относительным удлинением l/b=0,8; радиусом скругления кромок r/b=0,25; угол натекания потока на овальную выемку ϕ=45°) позволяет повысить уровень коэффициентов теплоотдачи на ней до Nu/Nuгл=1,61 раза при ламинарном режиме течения (Re=2500) при росте коэффициентов гидросопротивления в ξ/ξгл=1,31 раза по сравнению с гладкой поверхностью, что обеспечивает значения фактора теплогидравлической эффективности (аналогии Рейнольдса) на уровне (Nu/Nuгл)/(ξ/ξгл)=1,23. Использование теплообменной поверхности с овальными выемками при турбулентном режиме течения (Re=20000) позволяет повысить уровень коэффициентов теплоотдачи на ней до Nu/Nuгл=1,52 раза при росте коэффициентов гидросопротивления в ξ/ξгл=1,73 раза по сравнению с гладкой поверхностью, что обеспечивает значения фактора теплогидравлической эффективности (аналогии Рейнольдса) на уровне (Nu/Nuгл)/(ξ/ξгл)=0,88. Исследования на основе численного моделирования, методология которого изложена в (Исаев С.А., Баранов П.А., Усачов А.Е. Многоблочные вычислительные технологии в пакете VP2/3 по аэротермодинамике. Саарбрюкен: LAP LAMBERT Academic Publishing. 2013. 316 с.), прошла многочисленные аппробации и верификации, реализована в программном комплексе "VP2/3 Thermophysics" (Программный комплекс "VP2/3 Thermophysics" для численного моделирования вихревой интенсификации теплогидродинамических процессов в теплообменных аппаратах / Исаев С.А., Баранов П.А., Усачов А.Е. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015619439. Дата поступления 08.06.2015. Дата регистрации 03.09.2015).

Однако известные теплообменные поверхности характеризуются недостаточной теплогидравлической эффективностью.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение теплогидравлической эффективности.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в увеличении тепловой и теплогидравлической эффективности.

Технический результат достигается за счет того, что теплообменная поверхность для интенсификации теплоотдачи при турбулентном течении теплоносителя выполнена в виде периодически нанесенных углублений. Новым является то, что углубления выполнены овально-траншейной формы, состоящей из двух половинок сферической выемки диаметром b, соединенных цилиндрической вставкой длиной , развернутых под углом ϕ к набегающему потоку, с геометрическими соотношениями:

или ;

ϕ=45°;

h/b=0,18-0,37;

r=0,0256;

- длина цилиндрической части выемки, мм;

- длина выемки, мм;

h - глубина, мм;

b - ширина выемки, мм;

r - радиус скругления кромок выемки, мм;

ϕ - угол натекания потока на выемку, градусы.

Перечень фигур:

На фигуре 1 представлена геометрия предлагаемой теплообменной геометрии с условным обозначением геометрических размеров и направления течения потока относительно теплообменной геометрии.

На фигуре 2 представлен поперечный срез предлагаемой геометрии в сечении А-А обозначенном на фигуре 1 с указанием условных обозначений геометрических размеров.

В таблице 1 показаны параметры овально-траншейных выемок, которые были использованы в анализе теплогидравлической эффективности в (Исаев С.А., Баранов П.А., Усачов А.Е. Многоблочные вычислительные технологии в пакете VP2/3 по аэротермодинамике. Саарбрюкен: LAP LAMBERT Academic Publishing. 2013.316 c.).

В таблице 2 представлены характеристики эффективности выемок переменной ширины по результатам сравнительного анализа.

Данная геометрия выемок является поверхностным генератором спиралевидных высокоинтенсивных моновихрей и позволяет повысить скорость вторичного течения до величин порядка характерной скорости потока в стесненном канале (среднемассовой или максимальной), что в несколько раз превышает скорости вторичного течения, индуцированные традиционными сферическими выемками, и отличается высокой стабильностью и интенсивностью вихревого течения в следе за ним по сравнению со сферическим аналогом, предложенными в (Поверхность тела для уменьшения трения и поверхность тела для интенсификации теплообмена / Кикнадзе Г.И., Гачечиладзе И.А. // Патент РФ №2425260. Заявка 2009111020/06 от, 31.08.2006. Опубликовано 27.07.2011 Бюл. №21) и овальными выемками, описанными в (Isaev S.A., Leont'ev A.I., Kornev N.V., Hassel Е., and Chudnovskii Ya. P. Heat-Exchange Enhancement for Laminar and Turbulent Flows in a Narrow Channel with One-Row Oval Dimples // High Temperature, 2015, Vol. 53, No. 3, pp. 375-387), обеспечивая значительное превосходство овально-траншейных выемок по тепловой и теплогидравлической эффективности.

Сравнительный анализ теплообменных поверхностей с аналогом (сферической выемки), прототипом (овальной выемки) и предлагаемой формой интенсификатора теплообмена в форме овально-траншейной выемки проводился на основе численного моделирования, методология которого описана в (Исаев С.А., Баранов П.А., Усачов А.Е. Многоблочные вычислительные технологии в пакете VP2/3 по аэротермодинамике. Саарбрюкен: LAP LAMBERT Academic Publishing. 2013. 316 с.), прошла многочисленные аппробации и верификации, реализована в программном комплексе "VP2/3 Thermophysics" (Программный комплекс "VP2/3 Thermophysics" для численного моделирования вихревой интенсификации теплогидродинамических процессов в теплообменных аппаратах / Исаев С.А., Баранов П.А., Усачов А.Е. // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2015619439. Дата поступления 08.06.2015. Дата регистрации 03.09.2015).

Сравнительный анализ теплообмена на теплообменных поверхностях с аналогом (сферической выемки), прототипом (овальной выемки) и предлагаемой формой интенсификатора теплообмена в форме овально-траншейной выемки проведен в канале прямоугольного сечения шириной B=2,5⋅dк и высотой H=0,33⋅dк. В качестве характерного размера выбран диаметр сферической выемки, нормированный как dк=1. Методически важно было зафиксировать площадь пятна выемки и его относительную глубину h/dк=0,13(h/b=0,18-0,37) (фактически выемки оказываются равнообъемными). Относительная глубина выемок составляет h/dк=0,13 Выемки располагаются на некотором расстоянии от входа в канал, выбранном из условия их незначительного влияния на входные условия. Радиус скругления кромок принимается равным r=(0,025 dк). При сохранении площади пятна овально-траншейной выемки, равного площади пятна базовой сферической выемки, ее ширина изменяется в переделах b=(0,731…0,346)⋅dк, а удлинение, отнесенное к ширине, составило (фиг. 1 и табл. 1). Угол наклона овально-траншейной выемки принят равным ϕ=45°. Число Рейнольдса выбрано равным Red=104 (ReH=3333).

Суммарное число Нуссельта Nu0(1) рассчитывается на контрольной площади прямоугольного участка без выемки и с выемкой Nu(1). Гидравлические потери определяются по границам контрольного участка с выемкой ξ(1) и плоской поверхности ξ0(1). Эффективность Е'=(Nu(1)/Nu0(1))/(ξ(1)0(1)), определяемая по критерию аналогии Рейнольдса, рассчитывается как отношение тепловой эффективности Nu(1)/Nu0(1) на выделенном участке к относительным гидравлическим потерям ξ(1)0(1) на границах участка.

В ходе численных исследований показано, что с увеличением удлинения овально-траншейной выемки до теплогидравлические характеристики прямоугольного участка канала с выемкой кардинально улучшаются E'(1)=1,163 по сравнению со сферической выемкой E'(1)=1,002. Причем для сферической выемки Е'<1 при учете увеличения площади омываемой стенки канала (табл. 2). Темп возрастания тепловой эффективности значительно опережает рост гидравлических потерь. Тепловая эффективность овально-траншейной выемки при в 6 раз выше (Nu(1)/Nu0(1)=1,243), чем у сферической выемки без учета площади внутренней поверхности (Nu(1)/Nu0(1)=1,063), и в 4 раза выше при учете площади поверхности выемки (Nu(1)/Nu0(1)=1,19 против Nu(1)/Nu0(1)=1,054). Гидравлические потери на участке с овальной выемкой имеют максимум при ширине выемки b=0,549 (длина полуцилиндрической вставки ), который в 1,5 раза превышает гидравлические потери в случае сферической выемки. Гидравлические потери на участке с овально-траншейной выемкой (), оказались наименьшими и всего лишь в ξ(1)0(1)=1,13 раза выше потерь для участка с базовой сферической выемкой.

Таким образом, сравнение предлагаемой конструкции теплообменной поверхности с овально-траншейными выемками по теплогидравлической эффективности (критерию аналогии Рейнольдса) с поверхностями со сферическими и овальными выемками показывает их преимущество при соблюдении геометрических соотношений размеров выемки: или ; ϕ=45°; h/b=0,18-0,37; r=0,025b.


Теплообменная поверхность
Теплообменная поверхность
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 101-110 of 127 items.
01.11.2019
№219.017.dd15

Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией

Изобретение относится к электротехнике, а конкретно к синхронным двигателям с возбуждением от постоянных магнитов. Технический результат заключается в улучшении энергетических показателей синхронного электродвигателя. Синхронный электродвигатель с магнитной редукцией содержит корпус 1 и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704491
Дата охранного документа: 29.10.2019
02.11.2019
№219.017.dd95

Устройство для увлажнения воздуха

Изобретение относится к технике вентиляции и кондиционирования воздуха и может быть использовано для увлажнения воздуха в помещениях различного назначения. Устройство для увлажнения воздуха, содержит корпус (1), поддон (3), наполненный водой и увлажнительный элемент (2), выполненный в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704932
Дата охранного документа: 31.10.2019
04.11.2019
№219.017.de36

Поворотный электромагнит

Изобретение относится к области электротехники, к поворотным электромагнитам, и может быть использовано в электромеханизмах, в пневматических и гидравлических системах, где требуются малые перемещения и большие усилия, а также стабильность усилия по перемещению якоря. Технической результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704962
Дата охранного документа: 01.11.2019
08.11.2019
№219.017.df41

Магнитный редуктор

Изобретение относится к электротехнике, к бесконтактным магнитным редукторам, и может быть использовано в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках. Технический результат заключается в увеличении выходного момента. На корпусе 1...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705219
Дата охранного документа: 06.11.2019
15.11.2019
№219.017.e2b6

Злаковый батончик для питания работающих с соединениями свинца

Изобретение относится к пищевой промышленности. Состав злакового батончика включает следующие исходные ингредиенты: отруби овсяные, клетчатку пшеничную мелкую, муку из семян расторопши, ячменную муку, семена белого льна, плоды фенхеля, мякоть авокадо, порошок хлореллы, батат, плоды терна,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706192
Дата охранного документа: 14.11.2019
15.11.2019
№219.017.e2c2

Злаковый батончик для питания работающих с вредными соединениями мышьяка и фосфора

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложен злаковый батончик, включающий следующие ингредиенты: клетчатку пшеничную мелкую, амарантовую и нутовую муку, семена черного тмина, плоды кардамона, измельченный корень лопуха, порошок спирулины, бразильский орех, корень пастернака,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706159
Дата охранного документа: 14.11.2019
15.11.2019
№219.017.e2c8

Гаситель крутильных колебаний

Изобретение относится к машиностроению. Гаситель крутильных колебаний состоит из корпуса, крышки, маховика, расположенного внутри корпуса в среде жидкости с высокой вязкостью, и фланца с отверстиями для крепления гасителя. Маховик выполнен составным и расположен на основании с пазами,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706131
Дата охранного документа: 14.11.2019
21.11.2019
№219.017.e477

Вентильный электропривод

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромеханических системах на производстве, на транспорте и строительстве. Технический результат заключается в повышении точности регулирования частоты вращения. Вентильный электропривод имеет синхронный двигатель с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706416
Дата охранного документа: 19.11.2019
26.11.2019
№219.017.e6b7

Турбореактивный двухконтурный двигатель

Турбореактивный двухконтурный двигатель содержит промежуточный теплообменник, первичный контур которого связан на выходе с последним каскадом компрессора. Последний каскад, включающий центробежный компрессор, камеру сгорания двигателя и центростремительную турбину, расположен вдоль оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707105
Дата охранного документа: 22.11.2019
01.12.2019
№219.017.e854

Магнитный редуктор

Изобретение относится к электротехнике, а именно к бесконтактным магнитным редукторам, и может быть использовано в качестве передаточного устройства в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках. Технический результат заключается в возможности изменения передаточного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707731
Дата охранного документа: 29.11.2019
Showing 31-34 of 34 items.
18.12.2019
№219.017.ee8d

Способ изготовления труб в форме усеченного конуса и устройство для осуществления способа

Изобретение относится к энергетическому, химическому и нефтехимическому машиностроению, в частности к производству труб для машиностроения в форме усеченного конуса. Заготовку цилиндрической формы протягивают через круглое отверстие, образованное между внутренней стенкой волоки и оправкой....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709076
Дата охранного документа: 13.12.2019
08.02.2020
№220.018.0050

Способ редуцирования давления природного газа

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано при создании систем редуцирования давления природного газа. Способ редуцирования давления природного газа включает разделение газа из магистрального газопровода на высокоскоростной и низкоскоростной высоконапорный потоки....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713551
Дата охранного документа: 05.02.2020
19.03.2020
№220.018.0d8b

Теплообменная поверхность

Изобретение относиться к области энергетики и может быть использовано на транспорте, в химической технологии и других отраслях техники. На теплообменной поверхности выполнены углубления овально-дуговой формы, состоящей из двух половинок сферической выемки диаметром b, соединенных цилиндрическим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716958
Дата охранного документа: 17.03.2020
17.06.2023
№223.018.7fc1

Теплообменная поверхность

Изобретение относится к области теплотехники и может быть применено в теплообменных аппаратах, использующихся в различных отраслях народного хозяйства. Изобретение заключается в выполнении теплообменной поверхности для интенсификации теплоотдачи при турбулентном течении теплоносителя в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002768667
Дата охранного документа: 24.03.2022
+ добавить свой РИД