[go: up one dir, main page]

RU2001374C1 - Porous-compact heat exchanger - Google Patents

Porous-compact heat exchanger

Info

Publication number
RU2001374C1
RU2001374C1 SU914934817A SU4934817A RU2001374C1 RU 2001374 C1 RU2001374 C1 RU 2001374C1 SU 914934817 A SU914934817 A SU 914934817A SU 4934817 A SU4934817 A SU 4934817A RU 2001374 C1 RU2001374 C1 RU 2001374C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
porous
heat
fillers
heat exchanger
pcto
Prior art date
Application number
SU914934817A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Павлович Горда
Сергей Владимирович Кострубов
Original Assignee
Владислав Павлович Горда
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владислав Павлович Горда filed Critical Владислав Павлович Горда
Priority to SU914934817A priority Critical patent/RU2001374C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2001374C1 publication Critical patent/RU2001374C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]

Landscapes

  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

Изобретение относитс  к теплотехнике, а. более конкретно к теплообменникам с интенсификацией теплообмена, малой массой , и малыми габаритами. Предлагаемый пори- стокомпактный теплообменик (ПКТО)  вл етс  высокоэффективным и компактным теплопередающим устройством дл  теплотехнических и энергетических систем, использующих газы в качестве теплоносителей, этим определ етс  возможность его применени  в теплотехнике, системах кондиционировани , криогенной технике, энергетике, двигателестроении и т.п.The invention relates to heat engineering, a. more specifically to heat exchangers with heat transfer intensification, low mass, and small dimensions. The proposed porous-compact heat exchanger (PCTO) is a highly efficient and compact heat transfer device for heat engineering and energy systems using gases as heat carriers, this determines the possibility of its use in heat engineering, air conditioning systems, cryogenic technology, power engineering, engine building, etc.

Предлагаемый пористокомпактный теплообменник может работать в широком диапазоне давлений, максимальна  рабоча  температура зависит от типа теплоносител  и материала пористого наполнител . Так, дл  медного наполнител  имеем: дл  инертных газов Тмакс 1000 К, дл  воздуха Тмакс 430 К.The proposed porous compact heat exchanger can operate in a wide pressure range, the maximum operating temperature depends on the type of heat carrier and the material of the porous filler. So, for a copper filler we have: for inert gases Tmax 1000 K, for air Tmax 430 K.

Известно теплообменное устройство, в котором пористые наполнители размещены как во внутренней, так и во внешней трубе. Эти наполнители имеют одинаковую толщину и расположены в одной плоскости. Пористые наполнители вставл ютс  ,в трубы с нат гом, который обеспечиваетс  их пористой структурой, и за счет его удерживаютс  в установленном положении.A heat exchange device is known in which porous fillers are placed both in the inner and outer tubes. These fillers have the same thickness and are located in the same plane. Porous fillers are inserted into pipes with tension, which is ensured by their porous structure, and are thereby held in position.

Однако указанное теплообменное устройство обладает существенными недостатками , с одной стороны, не позвол ющими в устройстве рационально использовать всю теплопе едающую поверхность пористых наполнителей, что приводит к увеличению массы и габаритов конструкции, а с другой - привод щими к значительным гидравлическим потер м в трактах устройства, что в свою очередь приводит к недопустимым затратам мощности на прокачку по ним теплоносителей .However, this heat exchanger device has significant drawbacks, on the one hand, which do not allow the device to rationally use the entire heat transfer surface of porous fillers, which leads to an increase in the mass and dimensions of the structure, and on the other hand, leading to significant hydraulic losses in the device’s paths, which in turn leads to unacceptable power consumption for pumping coolants through them.

Известно также теплообменное устройство , в котором пористый наполнитель заполн ет пространство между двум  оболочками. Продольные подвод щие и отвод щие теплоноситель каналы расположены равномерно поокружности и примыкают к стенкам оболочек. Поперечное течение теплоносител  сквозь пористый наполнитель осуществл етс  в радиальном направлении .A heat exchange device is also known in which a porous filler fills the space between two shells. The longitudinal inlet and outlet coolant channels are evenly spaced around the circumference and are adjacent to the walls of the shells. The transverse flow of the coolant through the porous filler is carried out in the radial direction.

В этом устройстве наиболее рационально используетс  интенсификатор теплообмена в св зи с прокачкой по нему теплоносител  в направлении наименьшей его толщины. Это приводит к минимальным затратам мощности на прокачку теплоносител  по пористому наполнителю. Однако гидравлические потери по псему устройству , по-видимому, здесь будет все же большими из-за потерь в щелевых продольных подвод щих и отвод щих теплоноситель каналах длиной, соизмеримой с длиной устройства .In this device, the heat transfer intensifier is most efficiently used in connection with pumping heat carrier through it in the direction of its smallest thickness. This leads to minimal power consumption for pumping the coolant through the porous filler. However, hydraulic losses through the pseudo device, apparently, will still be large due to losses in slotted longitudinal inlet and outlet coolant channels with a length comparable with the length of the device.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение массы и габаритов, сокращение материалоемкости и повышение прочности конструкции предлагаемого пористокомпактного теплообменника, а также обеспечение минимальных потерь на прокачку по устройству его теплоносителей,The aim of the invention is to reduce the weight and dimensions, reduce material consumption and increase the structural strength of the proposed porous compact heat exchanger, as well as providing minimal losses for pumping through the device of its coolants.

Цель достигаетс  за счет того, что его корпус, разделительные непроницаемыеThe goal is achieved due to the fact that its body, dividing impermeable

перегородки (мембраны), дистанционирую- щие штыри между ними и пористые наполнители выполн ютс  как одно целое, т.е. монолитно, причем дистанционирующие штыри в щелевых каналах расположены соосно друг другу, образу  ст жки между мем- бранами и днищами корпуса теплообменника, которые от крайних пористых наполнителей отделены зазором через штыревые отростки днищ, аpartitions (membranes), spacing pins between them and porous fillers are made as a single unit, i.e. monolithic, moreover, the spacing pins in the slotted channels are aligned with each other, forming a stitch between the membranes and the bottoms of the heat exchanger body, which are separated from the extreme porous fillers by a gap through the pin processes of the bottoms, and

пористость наполнителей выбрана в соответствии с соотношением 0, 0,85 при изменении структурной относительной толщины пористого материала от д 1 до д 10, при этом корпус теплообменника выполней цилиндрическим, круглой или овальной формы, к которому к соответствующим входным и выходным гор чим и холодным щеле.вым окнам на корпусе подсоединены подвод щие и отвод щие коллекторыthe porosity of the fillers is selected in accordance with a ratio of 0, 0.85 when the structural relative thickness of the porous material changes from d 1 to d 10, while the heat exchanger body is cylindrical, round or oval in shape, to which the corresponding inlet and outlet hot and cold slit . input and output manifolds are connected to the windows on the housing

теплоносителей теплообменника, образующие с его соответствующими каналами гор чий и холодный тракты,heat exchangers of the heat exchanger, forming hot and cold paths with its corresponding channels,

В предлагаемом ПКТО принцип его действи  основан на интенсификации процессов теплообмена в теплообменнике путем введени  в каналы трактов пористого наполнител  из материалов с высокой теплопроводностью . В конструкционном смысле он представл ет собой монолитный корпус,In the proposed PCTO, the principle of its operation is based on the intensification of heat transfer processes in the heat exchanger by introducing a porous filler from materials with high thermal conductivity into the ducts. In a structural sense, it is a monolithic body,

состо щий из обечайки с днищами, разделенный внутри непроницаемыми мембранами (перегородкаами) на изолированные друг от друга щелевые каналы. Щелевые каналы заполнены пористым материалом. Кconsisting of a shell with bottoms, divided internally by impermeable membranes (baffles) into slotted channels isolated from one another. Slotted channels are filled with porous material. TO

монолитному корпусу приварены четыре коллектора, образующих совместно с соответствующими щелевыми каналами тракты теплообменника. Все нечетные щелевые каналы , соединенные отверсти ми с соответствующими коллекторами, образуют тракт, условно называемый холодным Аналогично осе четные щелевые каналы и соответствующие им коллекторы образуют тракт, условно называемый гор чим Число щелевых каналов в ПКТО всегда нечетно, чтобы каналы холодного тракта были крайними.four collectors are welded to the monolithic body, forming heat exchanger paths together with the corresponding slotted channels. All odd slotted channels connected by openings to the corresponding collectors form a path, conditionally called cold. Similarly, even-numbered slotted channels and their corresponding collectors form a path, conditionally called hot. The number of slotted channels in a PCTO is always odd so that the cold path channels are extreme.

При обычной кубической компоновке теплообменника, в частности ПКТО. его основные конструкционные размеры характеризуютс  длиной L, шириной В и высотой h единичного щелевого канала, причем при неизменных L и В каналы разных трактов теплообменника могут иметь различи  лишь по высоте h. Обща  высота Н теплообменника определ етс  набором некоторого количества его щелевых каналов, величина которого зависит от уровн  передаваемой ПКТО тепловой мощности Q.With the usual cubic layout of the heat exchanger, in particular PKTO. its main structural dimensions are characterized by a length L, a width B and a height h of a single slotted channel, moreover, at constant L and B, the channels of different heat exchanger paths can differ only in height h. The total height H of the heat exchanger is determined by the set of a number of its slotted channels, the value of which depends on the level of thermal power transmitted by the PCT Q.

Работа теплообменника любого типа, в том числе и предлагаемого ПКТО, описываетс  математической системой из четырех уравнений:The operation of a heat exchanger of any type, including the proposed PCTO, is described by a mathematical system of four equations:

-уравнением теплопередачи;- heat transfer equation;

-уравнением баланса передаваемой тепловой мощности;- Equation of the balance of the transmitted heat power;

-двум  гидравлическими уравнени ми Дарси дл  двух трактов теплообменика, по котторым вычисл ютс  потери давлени  в каждом их них при прокачке по ним соответствующих теплоносителей.- two hydraulic Darcy equations for two heat exchange paths, by which the pressure losses in each of them are calculated when the corresponding coolants are pumped through them.

Реша  совместно указанную систему уравнений, можно получить р д соотношений , необходимых дл  расчета теплообмен- ников по ТЗ. В частности, дл  предлагаемого ПКТО можно получить выражение дл  отношени  удельных расходов его теплоносителей:Solving the indicated system of equations together, one can obtain a number of relations necessary for calculating heat exchangers according to TK. In particular, for the proposed PCTO, one can obtain an expression for the ratio of the specific consumption of its coolants:

Gy G7TGy g7t

Cpi ДТт п hiCPI DTT n hi

Ср2 Д Т2 EZ Г12Sr2 D T2 EZ G12

выполнение которого обеспечизет его конструкционную зав зку, т.е. обеспечиваетthe implementation of which will ensure its structural tie, i.e. provides

выполнение Li L. Здесьexecution of Li L. Here

G G

Г Ь П П G b P P

где G - массовый расход теплоносител . Ј- пористость пористого наполнител ;where G is the mass flow rate of the coolant. Ј - porosity of the porous filler;

п -число щелевых каналов о соответст- р/ющем тракте теплообменника.n is the number of slotted channels about the corresponding path of the heat exchanger.

При заданных в ТЗ теплоносител х и, следовательно, заданных их теплоемкост х Cm и Ср2, а также заданных температурных г .- рспадах ATi и АТ2, первый множитель ч выражении  вл етс  заданным и тогда гсличина отношени  Gy2/Gyi может регули- i зватьс  только за счет второго множител , параметрами которого обычно задаютс  из 1 оистр-у тивных соображений.For the specified heat carriers and, therefore, their specific heat capacities Cm and Cp2, as well as the given temperature g-decays ATi and AT2, the first factor in the expression is given and then the value of the ratio Gy2 / Gyi can only be controlled due to the second factor, the parameters of which are usually set from 1 effective considerations.

Из записанного выше выражени  еле- / vO , чо г редлагаемый ПКТО может иметь Л Ч .орПгЗнтл работыFrom the above expression, barely / vO, that the proposed PKTO can have

Первый нетривиальный вариант имеет место , когда множитель Cpi ДТ1/(Ср2 ДТг) 1, что соответствует использованию в тепло- обменике разных и неоднотипных теплоносителей с сильно отличающимис  свойствами.The first non-trivial option occurs when the factor Cpi ДТ1 / (Ср2 ДТг) 1, which corresponds to the use of different and non-uniform heat transfer media with very different properties in heat transfer.

Второй тривиальный вариант имеет место , когда множитель Cpi ДТ1/(Ср2Д Т2) - Cihi/fejta)- 1. т.е. здесь Gy2 Gyi, что приThe second trivial option occurs when the factor Cpi ДТ1 / (Ср2Д Т2) - Cihi / fejta) - 1. i.e. here Gy2 Gyi, that for

0 Е Ј2 и hi - h2 соответствует использованию в обоих трактах устройства однотипного (одного и того же) теплоносител .0 Е Ј2 and hi - h2 corresponds to the use of the same type of heat carrier in both paths of the device.

Дл  общего нетривиального варианта функционировани  предлагаемого ПКТО изFor a general non-trivial version of the operation of the proposed PCTO from

уравнени  теплопередачи и определени  коэффициента теплопередачи получим уравнениеheat transfer equations and determine the heat transfer coefficient, we obtain the equation

20twenty

рДтлrdtl

2 . .2. 1 ,Ъ , Ь2ч ,)м2. .2. 1, b, b2h,) m

aiaiM 7p1 02Э2Ь2 7р2 2 МЙ Ј2 faaiaiM 7p1 02E2b2 7p2 2 MY Ј2 fa

-f(Re).-f (Re).

где Q - передаваема  ПКТО теплова  мощность;where Q is the heat output transmitted by the PCTO;

00

00

55

00

Д1л - среднелогарифмический напор ее передачи;D1l - average logarithmic pressure of its transmission;

F - обща  теплопередающа  поверхность всех мембран ПКТО;F is the total heat transfer surface of all PCTO membranes;

К -коэффициент теплопередачи;K is the heat transfer coefficient;

Re- критерий Рейнольдса.Re- Reynolds criterion.

Кроме того, здесь в знаменателе дроби первые два члена представл ют собой термосопротивление теплопередачи от теплоносител  к пористому каркасу наполнител  в гор чем тракте ПКТО и термосопротивление теплопередачи от пористого каркаса к теплоноситлю в холодном его тракте. Эти термосопротивлени  имеют аналоги в классических выражени х дл  К, справедливых дл  гладкоканальных теплообменников. Третий член в знаменателе дроби представл ет собой дополнительное и специфичное термосопротивление теплопередачи в ПКТО, возникающее при передаче тепловой мощности по каркасам их перистых наполнителей . Четвертый член в знаменателе дроби  вл етс  обычным и представл ет собой тер- мосопротиаление теплопередачи при прохождении теплового потока через разделительные теплопередачи мембраны ПКТО.In addition, here in the denominator of the fraction, the first two terms are the thermal resistance of heat transfer from the heat carrier to the porous filler frame in the hot PCTO tract and the thermal resistance of heat transfer from the porous frame to the heat carrier in its cold path. These thermal resistances have analogs in classical terms for K, which are valid for smooth channel heat exchangers. The third term in the denominator of the fraction is the additional and specific thermal resistance of heat transfer in the PCTO, which occurs when heat is transmitted through the frames of their cirrus fillers. The fourth term in the denominator of the fraction is common and represents the heat transfer of heat when the heat flux passes through the separation heat transfer of the PCTO membrane.

Цифры 2 о выражении дл  коэффициента теплопередачи обусловлены прин той 6rqi расчетной схемой, характеризующейс  одной разделительной мембраной и притThe numbers 2 about the expression for the heat transfer coefficient are due to the adopted 6rqi design scheme, characterized by one dividing membrane and

тающими к ней полуканалами (h/2) соответствующих трактов теплообменника.melting channels (h / 2) of the corresponding heat exchanger paths.

В записанном уравнении а Nu А / dr - соответствующие коэффициенты теплопередачи от гор чего теплоносител  к каркасу пористого наполнител  и, наоборот, от каркаса наполнител  к холодному теплоносителю , где Nu - критерий Нуссельта: А- теплопроводность соответствующих теплоносителей;In the written equation a, Nu А / dr are the corresponding heat transfer coefficients from the hot coolant to the porous filler frame and, conversely, from the filler frame to the cold coolant, where Nu is the Nusselt criterion: A is the thermal conductivity of the respective coolants;

dr „j - гидравлический ди (1 U Е)+ 2hdr „j - hydraulic di (1 U Е) + 2h

аметр соответствующего щелевого канала, dn - диаметр проволоки МР-структур пористых наполнителей; е- пористость соответствующих наполнителей;the meter of the corresponding slot channel, dn is the wire diameter of the MR structures of porous fillers; e - porosity of the respective fillers;

4(1 -е) а -i-j dn4 (1st) a -i-j dn

-удельные поверхности соответствующих пористых наполнителей; 5м-теплопроводность каркасов соответствующих пористых наполнителей; h - толщина разделительной теплопередающей мембраны; Ам теплопроводность ее материала; JJP th(m)/m - так называемые коэффициенты ребра. формирующие температурный профиль в пористых наполнител х соответствующих щелевых каналов ПКТО; m Va h2/(4 A dn) параметр соответствующего коэффициента ребра.- specific surfaces of the corresponding porous fillers; 5m thermal conductivity of the frames of the corresponding porous fillers; h is the thickness of the separation heat transfer membrane; Am the thermal conductivity of its material; JJP th (m) / m are the so-called edge coefficients. forming a temperature profile in the porous fillers of the corresponding slotted channels of the PCTO; m Va h2 / (4 A dn) parameter of the corresponding edge coefficient.

Дл  тривиального варианта функционировани  предлагаемого ПКТО написанные выше уравнени  упрощаютс  и принимают видFor the trivial way of functioning of the proposed PCTO, the equations written above are simplified and take the form

QQ

К  TO

F Atnaahrjp F atnaahrjp

дл  критери  Нуссельта Nu A Re Pr1/3, где Рг-критерий Прандтл . Показатель степени 1/3 при критерии Прандтл  - общеприн тый дл  пористых систем.for the Nusselt criterion Nu A Re Pr1 / 3, where the Pg criterion is Prandtl. The exponent 1/3 in the Prandtl criterion is generally accepted for porous systems.

Помимо тепловых характеристик пористых систем, по экспериментальным результатам продувок образцов и ПКТО получили также данные дл  вычислени  коэффициента гидравлических потерь в этих системахIn addition to the thermal characteristics of porous systems, experimental data on the purging of samples and PCTO also obtained data for calculating the hydraulic loss coefficient in these systems

Ј f(Re). использу  дл  его вычислени  уравнение Дарси.Ј f (Re). using the Darcy equation to calculate it.

В результате проведенных экспериментальных исследований пористых МР-структур из меди с dn 0,1 и 0,2 мм были, в первомAs a result of experimental studies of porous MR structures from copper with dn 0.1 and 0.2 mm were, in the first

приближении, определены следующие эмпирические соотношени :approximation, the following empirical relationships are defined:

-дл  вычислени  коэффициента А в критерии Nu- to calculate coefficient A in criterion Nu

ОДЮ0749-Е4 29ODU0749-E4 29

в диапазоне е0 .97-6й 935 -0.6..Д95;in the range of e0 .97-6y 935 -0.6..D95;

-дл  вычислени  коэффициента п в критерии Nu n - 1,59(1- Ј l9) в диапазоне .6...0,95;-for calculating the coefficient n in the criterion Nu n - 1.59 (1- Ј l9) in the range of .6 ... 0.95;

-дл  вычислени  теплопроводности А каркаса пористого наполнител  на основе меди- for calculating the thermal conductivity A of the frame of the porous filler based on copper

, 380(1 -е0 269), 380 (1-e0 269)

Ј0.586Ј0.586

0,55...0,95;0.55 ... 0.95;

-дл  вычислени  коэффициента гидравлических потерь в пористом наполнителе-to calculate the coefficient of hydraulic losses in a porous filler

t 1,88,1,8,82 ,t 1.88.1.8.82,

Ј(R§ + )в диапазоне ЕЈ (R§ +) in the range E

где критерий Рейнольдса дл  пористых систем (наполнителей) вычисл етс  по соотношению Re Gy dr/// . Здесь р- динамическа  в зкость теплоносител .where the Reynolds criterion for porous systems (fillers) is calculated from the ratio Re Gy dr ///. Here p is the dynamic viscosity of the coolant.

Этот вариант функционировани  ПКТО и описывающие его уравнени  оказались удобными дл  постановки экспериментальных исследований процессов теплопередачи и теплообмена в пористых системах ПКТО. Пористокомпактные теплообменники и двухканальные теплопередающие образцы на их основе, выполненные в тривиальном исполнении (ei Ј5 и hi - ha), продуваемые в газодинамической стендовой установке гор чим и холодным воздухом ,позволилиполучить экспериментальные данные, обработка которых по вышеприведенным уравнени м позволила сначала получать зависимости сг- cf(Re). з по ним и эмпирические зависимостиThis version of the operation of the PCTO and the equations describing it proved to be convenient for experimental studies of the processes of heat transfer and heat transfer in porous PCTO systems. Porous compact heat exchangers and two-channel heat transfer samples based on them, made in a trivial design (ei Ј 5 and hi - ha), blown in a gas-dynamic bench setup with hot and cold air, allowed us to obtain experimental data, the processing of which according to the above equations made it possible to first obtain the dependences cf (Re). h on them and empirical dependencies

На основании выполненных систематических экспериментальных исследований пористых МР-структур, примен емых в предлагаемом ПКТО в качестве интенсифицирующих процесс теплопередачи в теплообменниках пористых наполнителей, приведенные выше эмпирические соотношени  представл ют собой исходную базу начальных данных дл  их итерационно-оптимизационного расчета с целью оптимизации конструкции теплообменника по массе и габаритам при допустимых относительных гидравлических потер х в трактах устройств , не превышающих -р- 1%. Последнее требование очень жесткое требование, которое чрезвычайно трудно удовлетворить особенно при низких пористост х пористых наполнителей, поскольку коэффициент гидравлических потерь обратно пропорционален пористости F.Based on the performed systematic experimental studies of porous MR structures used in the proposed PCTO as intensifying the heat transfer process in heat exchangers of porous fillers, the empirical relations presented above represent the initial base of initial data for iterative optimization to optimize the design of the heat exchanger by weight and dimensions with allowable relative hydraulic losses in the device paths not exceeding -p- 1%. The latter requirement is a very strict requirement, which is extremely difficult to satisfy especially at low porosities of porous fillers, since the hydraulic loss coefficient is inversely proportional to the porosity F.

С лру( ои стороны, другие не менее важные параметры МР-структур. также завис щие от их пористости, с. ее повышением начинают резко тер ть свои интенсифицирующие теплопередачу свойства.On the other hand, on the other hand, other equally important parameters of MR structures, which also depend on their porosity, with its increase, begin to sharply lose their intensifying heat transfer properties.

Из сказанного следует существенный отличительный признак предлагаемогоо ПКТО, 8 именно: пористость их пористых наполнителей на основе МР-структур должна находитьс  в пределах от с 0,75 до Е 0,85, причем нижний предел пористости здесь менее ограничен, если будет возможД Р но допустить -р- 1%.From the foregoing, there follows an essential distinguishing feature of the proposed PTO, 8 namely: the porosity of their porous fillers based on MR structures should be in the range from 0.75 to E 0.85, and the lower limit of porosity is less limited here, if possible p-1%.

Использу  имеющуюс  базу исходных данных, были выполнены расчеты предлагаемых ПКТО в двух вариантах их функционировани : в нетривиальном и тривиальном, по примерному ТЗ, представленному здесь в виде табл.1 с примечани ми.Using the available source data base, the proposed PTOs were calculated in two versions of their functioning: in non-trivial and trivial, according to the exemplary TOR, presented here in the form of Table 1 with notes.

При расчетах, из конструкционно-прочностных соображений, в цел х удовлетворе- ни  минимизационных требований к конструкции ПКТО по ее массе, его монолитный корпус целесообразно выполн ть цилиндрическим или овально-цилиндрическим, что позволит иметь надежную радиальную прочность конструкции при минимальных живых сечени х ее корпуса пор дка 1...3 мм, под крепленного к тому же разделительными мембранами теплообменника.In the calculations, from structural and strength considerations, in order to satisfy the minimization requirements for the design of the PCTO by its weight, it is advisable to make its monolithic body cylindrical or oval-cylindrical, which will allow to have reliable radial strength of the structure with minimal live sections of its body in the order of 1 ... 3 mm, underneath the heat exchanger, which is also attached to the separation membranes.

И это также  вл етс  существенным отличительным признаком предлагаемого ПКТО.And this is also an essential distinguishing feature of the proposed PCTO.

Если пористые наполнители будут не полностью заполн ть цилиндрические или овально-цилиндрические щелевые каналы ПКТО, с образованием при этом внутренних ресиверных коллекторов в каждом щелевом канале, то можно считать при этом, что теплообменник собран примерно по кубической компоновке. Но здесь будет тер тьс  часть ( 30%) теплопередающей поверхности мембран, что, естественно, не желательно .If the porous fillers do not completely fill the cylindrical or oval-cylindrical slot channels of the PCTO, with the formation of internal receiver collectors in each slot channel, then we can assume that the heat exchanger is assembled by approximately a cubic arrangement. But here a part (30%) of the heat transfer surface of the membranes will be lost, which, of course, is not desirable.

Если же пористые наполнители будут полностью заполн ть щелевые каналы цилиндрического корпуса ПКТО, то его компоновка при этом будет цилиндрической.If the porous fillers completely fill the slotted channels of the cylindrical housing of the PCTO, then its arrangement will be cylindrical.

Возможны оба варианта компоновки предлагаемого ПКТО, решени  по которым, однако, принимаютс  по требовани м конкретных ТЗ.Both layout options of the proposed PTO are possible, the solutions to which, however, are made upon the requirements of specific TK.

В результате расчета ПКТО по ТЗ определ ютс  длины пористых наполнителей LI и 1-2. а также одна из их толщин h (одна из высот щелевых каналов) при заданной дру- гой По технологическим Соображени м меньша  высота не должна быть меньше ;:. -1 мм.As a result of the calculation of PCTO according to TK, the lengths of porous fillers LI and 1-2 are determined. as well as one of their thicknesses h (one of the heights of the slotted channels) for a given other According to technological considerations, a smaller height should not be less;;. -1 mm.

При расчете ПКТО добиваютс  его зав зки , т.е. соблюдени  услови  When calculating the PCT, they achieve its ties, i.e. compliance with the conditions

Далее по компоновочному соотношению определ ют ширину щелевых ка- 5 налов ПКТО. Дл  кубической компоновки теплообменника обычно коэффициент , Осева  прочность ПКТО обеспечиваетс  внутрикорпусной ст жкой штыр ми всех его мембран и днищ, а также жидкофазной 0 приваркой к его корпусу внешних подвод щих и отвод щих коллекторов,Next, the width of the slotted channels of the PCTO is determined by the layout ratio. For the cubic arrangement of the heat exchanger, the coefficient, Axial strength, of the PTO is usually ensured by the internal casing stitching with pins of all its membranes and bottoms, as well as by the liquid-phase 0 welding of external input and output collectors to its body.

Выполненные здесь расчеты ПКТО проводились в. предположении, что они имеют цилиндрическую компоновку и полное за- 5 полнение пористым наполнителем щелевых каналов. При этом принимали, что , т.е. .The PCTO calculations performed here were performed at. the assumption that they have a cylindrical layout and complete filling of slotted channels with a porous filler. Moreover, it was assumed that, i.e. .

Некоторые результаты выполненных расчетов предлагаемого ПКТО по имеющей- 0 с  базе исходных данных дл  МР-структур на медной основе и примерным ТЗ представлены в табл.2.Some of the results of the calculations of the proposed PCTO using the 0-base data base for copper-based MR structures and approximate TK are presented in Table 2.

Из данных табл.2 видно, что в нетривиальном варианте ПКТО, когда в нем исполь- 5 зуютс  теплоносители с сильно различающимис  теплофизическими свойствами , особенно по их теплоемкост м (см.табл.1), при допустимых потер х в тракДРFrom the data in Table 2 it can be seen that in the non-trivial version of the PCTO, when it uses heat carriers with very different thermophysical properties, especially in their heat capacities (see table 1), with allowable losses in the DDR

0 тах теплообменника -р 1 % реализуетс 0 heat exchanger max-p 1% implemented

не очень большой коэффициент теплопередачи Вт/(м2 К). Тогда как в тривиальном варианте ПКТО, использующем теплоноситель со средними теплофизиче5 скими свойствами, этот коэффициент в три раза выше, и равен 1231 Вт/(м2К) при тех же гидравлических потер х в трактах.not very large heat transfer coefficient W / (m2 K). Whereas in the trivial version of PCTO, which uses a coolant with medium thermophysical properties, this coefficient is three times higher and is equal to 1231 W / (m2K) with the same hydraulic losses in the tracts.

В соответствии с этим удельна  масса нетривиального ПКТО ( у 2,7 кг/кВт) при0 мерно в 3 раза превышает удельную массу тривиального ПКТО ( у 0,974 кг/кВт).In accordance with this, the specific gravity of a nontrivial PCTO (at 2.7 kg / kW) is approximately 3 times higher than the specific gravity of the trivial PCTO (at 0.974 kg / kW).

Удельна  масса предлагаемого устройства в 2,7 кг/кВт, хот  и допустима еще 6, но не желательна. Желательный же ее уровеньThe specific gravity of the proposed device is 2.7 kg / kW, although another 6 is permissible, but not desirable. Her desired level

5 упкг 1 кг/кВт.5 upkg 1 kg / kW.

По той же причине и радиальный габарит нетривиального ПКТО примерно в 6 раз больше, чем у тривиального теплообменника .For the same reason, the radial dimension of a non-trivial PCTO is approximately 6 times larger than that of a trivial heat exchanger.

0 Следует заметить, что при расчете нетривиального ПКТО его зав зка при заданных dni dn2 - 0,2 мм; Ei 0,8; Ј5 0,85, hi - 4 мм осуществл лась лишь при h 18 мм и при этом гидравлическое условие по его трактам0 It should be noted that when calculating a nontrivial PCTO, its tie at given dni dn2 is 0.2 mm; Ei 0.8; 0,85 0.85, hi - 4 mm was realized only at h 18 mm and the hydraulic condition along its paths

5 ДР5 DR

S1%, как видно из табл.2, выполн лось. S1%, as can be seen from Table 2, was performed.

РR

Именно необходимость повышени  высоты холодного канала нетривиачьнпго ПКТО до 18 мм с целью его зав зки и прппола к тем результатам, которые отражены в табл.2. Причем эта необходимость диктоваДР .... лэсь выполнением услови  - 1% Дл Namely, the need to increase the height of the cold channel of the non-trivial PKTO to 18 mm in order to tie it and attach to the results that are shown in Table 2. Moreover, this need for dictation .... to fulfill the conditions - 1% for

Р холодного канала.P cold channel.

Обращают на себ  внимание и факт низких удельных расходов теплоносителей, при которых реализуетс  зав зка теплообменника у нетривиального варианта ПКТО против тривиального.Attention is also drawn to the fact of low specific flow rates of coolants, at which the heat exchanger is connected with a non-trivial version of the PTO versus trivial.

Вместе с тем, поскольку критерий Рей- нольдса пр мо пропорционален удельному расходу теплоносител , это означает, что зав зка нетривиального ПКТО реализовалась при низких значени х параметров: Re, Nu, аи при повышенных значени х Ј , что и привело к низкому значению коэффициента теплопередачи К дл  этого варианта теплообменника и к трудност м в преодолении в нем гидравлических потерь по щ§левым каналам его трактов.At the same time, since the Reynolds criterion is directly proportional to the specific coolant flow rate, this means that the non-trivial PCTO connection was realized at low values of the parameters: Re, Nu, and at elevated Ј values, which led to a low value of the heat transfer coefficient K for this variant of the heat exchanger and difficulties in overcoming hydraulic losses in it along the slotted channels of its paths.

Обращает на себ  внимание и тот факт, что общим дл  обоих рассчитанных вариантов ПКТО  вл етьс  диаметр проволоки в их пористых наполнител х из МР-структур, равный dn 0,2 мм.It is noteworthy that the fact that the diameter of the wire in their porous fillers from MP structures is equal to dn 0.2 mm is common to both calculated variants of PCTO.

Сам по себе этот факт вынужденный, поскольку базы исходных данных по МР- структурам, сформированным из проволок большого диаметра, пока нет. Разумеетс  ее нужно создавать, но дл  этого неободимо выполнить дополнительные экспериментальные исследовани .In itself, this fact is compelled, since there is no database of initial data on MR structures formed from large-diameter wires. Of course, it needs to be created, but for this it is necessary to carry out additional experimental studies.

Как видно из табл.2, этот диаметр проволоки пористых наполнителей отлично удовлетворил тривиальный вариант ПКТО и, по-видимому, плохо удовлетвор ет нетривиальный его вариант.As can be seen from Table 2, this diameter of the wire of porous fillers perfectly satisfied the trivial version of PCTO and, apparently, poorly satisfies its non-trivial version.

Результаты анализа расчетных данных нетривиального варианта ПКТО показывают , что, действительно, при использовании в пористокомпэктных теплообменниках теплоносителей с сильно различающимис  теплофизическими свойствами, дл  более целесообразной его зав зки, необходимо в его щелевых каналах использовать пористые наполнители на базе МР-структур с разными диаметрами проволок, в том числе значительно превышающими dn 0,2 мм.The results of the analysis of the calculated data of the non-trivial version of PCTO show that, in fact, when using heat transfer agents with very different thermophysical properties in porous-component heat exchangers, in order to more conveniently tie it, it is necessary to use porous fillers based on MR structures with different wire diameters, including significantly exceeding dn 0.2 mm.

Анализ показывает, что при этом здесь возможно существенное повышение коэффициента теплопередачи К при выполненииThe analysis shows that in this case, a significant increase in the heat transfer coefficient K is possible when performing

требовани  1%, в частности, из-за поРrequirements 1%, in particular due to por

 вл ющейс  возможности увеличени  гидравлических диаметров щелевых каналов вthe possibility of increasing the hydraulic diameters of the slotted channels in

обоих трактах теплообменника, даже при минимальных их высотах.both paths of the heat exchanger, even at their minimum heights.

Реализаци  указанных возможностей позволит и на нетривиальных вариантахThe implementation of these features will allow for non-trivial options

ПКТО получать характеристики, не уступающие характеристикам, полученным у тривиальных теплообменников, а может быть и улучшить характеристики-последних.PTTO receive characteristics not inferior to the characteristics obtained from trivial heat exchangers, and maybe improve the characteristics of the latter.

Из вышеизложенного и рассмотренногоFrom the foregoing and reviewed

следует еще один существенный отличительный признак предлагаемого ПКТО. а именно: структурна  толщина пористого материала его пористых наполнителей, например диаметра проволоки МР, должнаanother significant distinguishing feature of the proposed PCTO follows. namely: structural thickness of the porous material of its porous fillers, for example, the diameter of the wire MP, should

находитс  в пределах OTdn 0,1 до dn 1,0 мм. Причем здесь нижний предел ограничиваетс  чисто технологическими соображени ми возможности изготовлени  таких МР-структур, а плавающий верхний пределis within the range of OTdn 0.1 to dn 1.0 mm. Moreover, the lower limit is limited by purely technological considerations of the possibility of manufacturing such MR structures, and the floating upper limit

в первую очередь ограничен только соображени ми целесообразности, а также и тех- но/югическими возможност ми их изготовлени , учитыва , что МР-структуры формируютс  из навиваемых проволочныхfirst of all, it is limited only by considerations of expediency, as well as by the techno-yugic possibilities of their manufacture, taking into account that MR structures are formed from winded wire

спиралей различных диаметров.spirals of various diameters.

Если здесь прин ть первый нижний предел ограничени  dn 0,1 мм за базовый, поскольку он серьезно ограничиваетс  технологией , то тогда рассмотренный выше существенный отличительный признак можно сформулировать в относительных величинах , а именно: структурна  относительна  толщина пористого материала наполнител  должна находитьс  в пределах от д 1 доIf we take here the first lower limit of the restriction dn of 0.1 mm as the base one, since it is seriously limited by technology, then the essential distinguishing feature discussed above can be formulated in relative terms, namely: the structural relative thickness of the porous filler material should be in the range from 1 to

д 10.d 10.

Следует заметить, что тепловые и гидравлические характеристики МР-структур в  вном виде определ етс  такими ее параметрами: пористостью Ј. диаметром проволоки dn и отношением диаметра навивки (диаметра керна дл  навивки спиралей) к диаметру проволоки dK/dn, а также в не вном виде, возможно степенью усадки при их формировании прессованием и их толщинойIt should be noted that the thermal and hydraulic characteristics of MR structures in an explicit form are determined by its parameters: porosity Ј. wire diameter dn and the ratio of the diameter of the winding (core diameter for winding spirals) to the diameter of the wire dK / dn, as well as not explicitly, it is possible the degree of shrinkage during their formation by pressing and their thickness

Таким образом, степеней свободы у МР- структур много и дл  вы влени  характера их вли ни  на тепловые и гидравлические характеристики этих структур потребуютс  весьма объемные эеспериментальные исследовани , но это же автоматически расширит начальную базу исходных данных дл  расчетных поисков оптимальных вариантов конструкции предлагаемого устройства на любые случаи их функционировани  в рамках задаваемых ТЗ.Thus, there are many degrees of freedom in MR structures, and to determine the nature of their influence on the thermal and hydraulic characteristics of these structures, very extensive experimental studies will be required, but this will automatically expand the initial source database for the calculated searches of the optimal design options for the proposed device for any cases of their functioning within the framework of the assigned TK.

Следует также заметить, что по выполнении указанных объемных экспериментальных исследований и анализа их результатов могут по витьс  обсто тельстоа . которые позвол т написать отдельную за вку на МР-структуру, как на объект, используемый в предлагаемом здесь ПКТО.It should also be noted that, upon completion of the indicated volumetric experimental studies and analysis of their results, circumstances may appear. which will allow us to write a separate taste for the MR structure as an object used in the PCTO proposed here.

Выполненные расчеты предлагаемого ПКТО по имеющейс  мизерной базе исходных данных, тем не менее, также показали, что примерно 60...70% его массы приходитс  на массу пористых теплопередающих наполнителей , хот  они и обладают высокой пористостью пор дка ,8.The performed calculations of the proposed PCTO according to the scanty base of initial data, however, also showed that approximately 60 ... 70% of its mass falls on the mass of porous heat transfer fillers, although they have a high porosity of the order of 8.

На фиг.1 показан предлагаемый теплообменник (продольное сечение В-В на фиг.2 и 3); на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - графики функционировани  опытного натурного пористокомпактного теплообменника .In Fig.1 shows the proposed heat exchanger (longitudinal section bb in Fig.2 and 3); figure 2 is a section aa in figure 1; in Fig.Z - section bB in Fig.1; Fig. 4 is a graph of the operation of an experimental full-scale porous compact heat exchanger.

Предлагаемый пористокомпактный теплообменник имеет монолитный корпус 1 с днищами 2. Корпус набран из колец 3, между которыми вставлены непроницаемые разделительные перегородки (мембраны) 4, образующие проточные щелевые каналы 5 теплообменника. Щелевые каналы частично или полностью заполнены пористопроница- емыми наполнител ми б, например, из МР- структур,интенсифицирующихThe proposed porous compact heat exchanger has a monolithic body 1 with bottoms 2. The body is assembled from rings 3, between which are inserted impermeable dividing walls (membranes) 4, forming flow through slotted channels 5 of the heat exchanger. The slotted channels are partially or completely filled with porous-permeable fillers b, for example, from MR structures that intensify

теплопередачу в устройстве, с дистанциони- рующими штыр ми 7, равномерно расположенными в наполнител х. При неполном заполнении щелевых каналов 5 пористыми наполнител ми 6 в них образуютс  внутренние ресиверные коллекторы 8, которые при полном заполнении каналов наполнителем отсутствуют. В кольцах 3 монолитного корпуса 1 прорезаны щелевые окна 9 дл  протока гор чего теплоносител  и щелевые окна 10 дл  протока холодного теплоносител . Сна ружи монолитного корпуса 1, над соответствующими щелевыми окнами 9 и 10 расположены входные и выходные внешние коллекторы 11 и 12 соответственно дл  гор чего и холодного теплоносителей с подвод щими штуцерами (патрубками) 13 и 14 соответственно дл  гор чего и холодного теплоносителей.heat transfer in the device, with spacer pins 7 evenly spaced in the fillers. In case of incomplete filling of the slotted channels 5 with porous fillers 6, internal receiver collectors 8 are formed in them, which are absent when the channels are completely filled with filler. In the rings 3 of the monolithic body 1, slotted windows 9 for the flow of hot coolant and slotted windows 10 for the flow of cold coolant are cut through. Outside the guns of the monolithic body 1, above the corresponding slotted windows 9 and 10, there are inlet and outlet external collectors 11 and 12, respectively, for hot and cold fluids with inlet fittings (nozzles) 13 and 14, respectively, for hot and cold fluids.

Предложенный пористокомпактный теплообменник, например, в режиме противотока теплоносителей работает следующим образом.The proposed porous compact heat exchanger, for example, in the mode of counterflow of heat carriers works as follows.

Допустим, к примеру, что холодный теплоноситель поступает в теплообменник через нижний входной патрубок 14 и нижний внешний коллектор 12, а также через нижние щелевые окна 10 корпуса 1 и попадает в щелевые каналы 5, заполненные пористым наполнителем б частично или полностью, соответственно через ресиверные внутренние коллекторы 8 или, при их отсутствии, н прчмую При этом холодный теплоноситель поступает только в холодный канал 5 теплообменника. Далее холодный теплоноситель течет по этим щелевым каналам вверх через соответству- 5 ющие пористые наполнители 6, контактирующие с разделительными Мембранами 4, через которые он воспринимает тепловой поток от гор чего теплоносител , протекающего при противотоке, сверху вниз анало- 10 гичным пор дком, но уже по гор чим каналам 5 теплообменника через их гор чие пористые наполнители 6. Естественно, что холодный теплоноситель вводитс  в теплообменник и выводитс  из него через 5 холодные внешние коллекторы 12 и пат рубки 14, а гор чий -соответственно через гор чие внешние коллекторы 11 и патрубки 13.Suppose, for example, that a coolant enters the heat exchanger through the lower inlet pipe 14 and the lower external collector 12, as well as through the lower slotted windows 10 of the housing 1 and enters the slotted channels 5 filled with the porous filler b partially or completely, respectively, through the internal receiver collectors 8 or, in their absence, n direct In this case, the cold coolant enters only the cold channel 5 of the heat exchanger. Further, the coolant flows through these slotted channels upward through the corresponding 5 porous fillers 6 in contact with the separation membranes 4, through which it receives the heat flux from the hot heat carrier flowing in countercurrent, from top to bottom, in the same order, but already through hot channels 5 of the heat exchanger through their hot porous fillers 6. Naturally, cold coolant is introduced into the heat exchanger and removed from it through 5 cold external collectors 12 and pipe 14, and the hot one corresponds to enno through the hot outer manifolds 11 and tubes 13.

Разумеетс , что предложенный ПКТО 0 может работать и в пр моточном варианте ,но как и любой другой тип теплообменника , менее эффективно.It is understood that the proposed PCTO 0 may also work in a straight-through version, but, like any other type of heat exchanger, is less efficient.

Из приведенного примера описани  работы предложенного ПКТО вытекает следу- 5 ющий механизм его функционировани . Гор чий теплоноститель, протека  по гор чему пористому наполнителю, отдает тепло его каркасу. Этот каркас подводит тепло через разделительную мембрану к 0 холодному каркасу, с которого это тепло снимаемс  холодным теплоносителем. При таком функционировании реализуетс  эффект интенсификации процеса теплопередачи за счет пористых наполнителей 5 предложенного теплообменника.The following 5 mechanism of its functioning follows from the above example of a description of the operation of the proposed PCTO. A hot heat carrier flowing through a hot porous filler gives off heat to its frame. This frame brings heat through the separation membrane to the 0 cold frame, from which this heat is removed by the coolant. With this operation, the effect of intensification of the heat transfer process due to the porous fillers 5 of the proposed heat exchanger is realized.

Указанный эффект интенсификации процесса теплопередачи подтвержден экспериментально результатами продувок как опытных ПКТО, так и их двухканальных экс- 0 периментальных моделей (образцов) и выражаетс  тем обсто тельством, что в этом сложном процессе теплопередачи процесс теплоотдачи между каркасами пористых наполнителей и теплоносител ми, описывае- 5 мый критериальными степенными зависимост ми, имеет степень при критерии Рейнольдса .The indicated effect of the intensification of the heat transfer process was confirmed experimentally by the results of blowing both of experimental PCTs and their two-channel experimental models (samples) and is expressed by the fact that in this complex process of heat transfer, the heat transfer process between the frames of porous fillers and the heat transfer fluids described which is determined by criterial power dependences, has a degree under the Reynolds criterion.

В процессе проведени  исследований по предложенному пористокомпактному 0 теплообменнику была изготовлена небольша  их опытна  сери  из 4 единиц. В основном это 15-канальные ПКТО, в которых 7 каналов гор чих и 8 каналов холодных. Эти теплообменники выполены в тривиаль- 5 ном исполнении с высотой каналов h-5 мм, пористостью пористых наполнителей и МР-структур на медной осноое f - 0,8, с диаметром проволоки dn 0,2 мм и внутренним диаметром их корпуса 98.5 мм. Некоторые из них имели неполное з пглнеIn the process of conducting research on the proposed porous compact 0 heat exchanger, a small experimental series of 4 units was manufactured. These are mainly 15-channel PCTOs, in which 7 channels are hot and 8 channels are cold. These heat exchangers are made in a trivial design with a channel height of h-5 mm, porosity of porous fillers and MR structures on a copper base f - 0.8, with a wire diameter of dn 0.2 mm and an inner diameter of their body of 98.5 mm. Some of them were incomplete.

ние каналов, т.е. примерно кубическую компоновку г, мм. Часть конструкции этих flKTO - корпус с днищами, дистанциониру- ющие шгыри, мембраны и колу екторы с подвод щими теплоносители патрубками были выполнены из нелегированной конструкционной стали Ст20, а часть - из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Дис- танционирующие штыри из соответствующей стали имели диаметр 5 мм, а их количество в щелевых каналах было при неполном их заполнении пористым наполнителем 17 и при полном - 19. Мембраны примен лись двух толщин: из Ст-20 (5м 0,5 мм и из 12Х18Н9Г (,25мм.channels, i.e. approximately cubic layout g, mm Part of the design of these flKTOs was a housing with bottoms, spacers, membranes and manifolds with heat-supplying nozzles made of unalloyed structural steel St20, and part of stainless steel 12X18H10T. The spacing pins made of the corresponding steel had a diameter of 5 mm, and their number in the slotted channels was not fully filled with porous filler 17 and full - 19. The membranes were used in two thicknesses: from St-20 (5m 0.5 mm and from 12X18H9G (, 25mm.

Реальна  теплопередающа  поверхность мембраны, определ ема  наполнителем без торцевой поверхности штырей, соответственно была при неполном запол- ЦРЦИИ 55 см , а при полном заполнении 2 см2, т.е. b первом случае обща  ..тепло- передающа  поверхность 14 мембран 15- канального ПКТО будет 770 см2 0,077 м2, а DO втором 1008 см2 - 0,1008 м2, т.е. эти поверхности отличаютс  на 31 %.The real heat transfer surface of the membrane, determined by the filler without the end surface of the pins, was respectively 55 cm for an incomplete half-fill, and 2 cm2 for a full fill, i.e. In the first case, the total .. heat transfer surface of the 14 membranes of the 15-channel PCTO will be 770 cm2 0.077 m2, and DO of the second 1008 cm2 - 0.1008 m2, i.e. these surfaces differ by 31%.

Масса конструкции 15-канального ПКТО вместе с внешними коллекторами и подвод щими теплоносители патрубками составл ет 3,4 кг,The weight of the design of the 15-channel PKTO together with external collectors and coolant supply pipes is 3.4 kg.

Габариты цилиндрической части этих теплообменников: внешний диаметр по корпусу 102 мм, высота по корпусу 105 мм, пнсота без фланцев (высота теплопередаю- щей части устройства) 80 мм.The dimensions of the cylindrical part of these heat exchangers are: outer diameter in the body 102 mm, height in the body 105 mm, pnsot without flanges (height of the heat transfer part of the device) 80 mm.

Топ пинэ корпуса 1 75 мм, толщина кол- ла тороо1,5мм которые здесь следует признать завышенными.The top pinet of the casing is 1 75 mm, the call thickness is toro1.5 mm which should be recognized as overpriced here.

Использу  имеющуюс  базу исходных дчмннх (гм qfcinjp), дл  описанных здесь по- рнглокомпактных теплообменников были at HcntMui на ПЭВМ зависимости, пред- гслпленные на фиг 4, в предположении неполного заполнени  их щелевых каналов пористыми наполнител ми из МР-структур на медной основе при различных их пори- стост ч с использованием проволоки с d - 0,2 им. При вычислени х, кроме этого, оыпо прим то: среднее давление теплоно- t что пей по трактам ПКТО 2 МПа (20 атм), средн   их температура дл  инертных газов Г а дл  воздуха 00 К. ОтносительныеUsing the existing source dhmnnh base (gm qfcinjp), for the portable compact heat exchangers described here were at HcntMui on the PCM dependencies proposed in Fig. 4, assuming incomplete filling of their gap channels with porous fillers from copper-based MP structures for various their porosity h using a wire with d - 0.2 im. In the calculations, in addition, the following is typical: the average heat pressure t drink along the PKTO paths is 2 MPa (20 atm), their average temperature for inert gases is Ha and for air is 00 K. Relative

потери давлени  в трактах были прин ты 1%.path pressure losses were assumed to be 1%.

Из данных фиг.4 дл  рассмотренных ПКТО с фиксированной пористостью их по- ристых наполнителей g О будем иметь результаты, представленные в табл 3.From the data of FIG. 4, for the considered PCTO with fixed porosity of their porous fillers g O we will have the results presented in Table 3.

Если среднелогарифмический температурный напор теплопередачи в рассмотренных ПКТО понизить в 2 раза, т.е. прин ть его Atn 10 К, то удельные массовые характеристики этих теплообменников при их физической неизменности по массе и габаритам ухудшатс , т.е. возрастут в 2 раза. Но, слеIf the average logarithmic temperature head of heat transfer in the considered PCTO is reduced by 2 times, i.e. If it takes Atn 10 K, then the specific mass characteristics of these heat exchangers will deteriorate when they are physically unchanged in mass and dimensions, i.e. will increase by 2 times. But then

дует заметить, что Д 1п 10 К- чрезвычайноblows notice that D 1p 10 K is extremely

мала  величина, хот  дл  некоторых условий эксплуатации предлагаемого ПКТО возможно потребуетс , но даже при такихsmall, although for some operating conditions the proposed PTO may be required, but even with such

услови х эти теплообменники будут эффективно функционировать.Under conditions, these heat exchangers will function efficiently.

Основное достоинство предлагаемого пористокомпактного теплообменника при работе с газовыми теплоносител ми по The main advantage of the proposed porous compact heat exchanger when working with gas heat transfer fluids

крайней мере в его тривиальном исполнении , как видно из данных табл.3, состоит в низких массовых и габаритных характеристиках (0,5...1,5 кг/кВт при среднелогариф- мическом температурном напоре 10...20at least in its trivial design, as can be seen from the data in Table 3, it consists in low mass and overall characteristics (0.5 ... 1.5 kg / kW with an average logarithmic temperature head of 10 ... 20

градусов дл  теплоносителей р да водород, ксенон, соответственно при среднем давлении в трактах 2 МПа и при очень низких относительных потер х давлени  по их трактам 1%).degrees for coolants of the hydrogen, xenon series, respectively, with an average pressure in the paths of 2 MPa and at very low relative pressure losses in their paths of 1%).

При экспериментальном расширенииWith experimental expansion

базы исходных данных, дл  расчетных поисков все более оптимальных вариантов конструкции предлагаемых ПКТО, по витс  также возможность находить конструкции иsource data bases, for design searches of more and more optimal design options offered by PTTOs, the ability to find designs and

Дл  их нетривиального исполнени , при ипользовании в них неоднотипных теплоносителей с сильно различающимис  теплофи- зическими свойствами, обеспечивающие таким теплообменникам массогабаритныеFor their non-trivial execution, when using non-uniform heat carriers with strongly differing thermophysical properties in them, providing such heat exchangers with mass

характеристики,не уступающие характеристикам теплообменников при тририальном исполнении.characteristics that are not inferior to the characteristics of heat exchangers with tririal design.

(56) Патент США N 3433299. кл , опублик. 1969.(56) U.S. Patent No. 3,433,299.Cl, published. 1969.

Авторское свидетельство СССР №486205. кл. 3/02. опуРпик :Q73.USSR copyright certificate No. 486205. class 3/02. OPERPICK: Q73.

Примечание. 1. Предполагаетс  противоточна  схема подачи теплоносителей в теплообменникеNote. 1. A counterflow circuit for supplying heat carriers to the heat exchanger is contemplated.

2.Теплофизические свойства теплоносителей вз ты из справочной литературы при их средней температуре по трактам теплообменника Т и при их среднем давлении в них Р - 10 -105Па(10атм).2. The thermophysical properties of the heat carriers are taken from the reference literature at their average temperature along the heat exchanger paths T and at their average pressure in them P - 10 -105 Pa (10 atm).

АРAR

3.Относительные допустимые потери давлени  по трактам теплообменника 1%.3. The relative allowable pressure loss along the heat exchanger paths is 1%.

Р т.е. ,1 -105Па(0,1 атм).P i.e. , 1 -105Pa (0.1 atm).

Т а б л и ц а 1Table 1

Продолжение табл.1Continuation of table 1

сТаблица2cTable 2

Примечание. 1. Материал корпуса, мембран, штырей, днищ и коллекторов - нержавеюща  сталь 12Х18Н9Т.Note. 1. The material of the case, membranes, pins, bottoms and collectors is stainless steel 12X18H9T.

2 Прин та  компоновка ПКТО - цилиндрическа  при полном заполнении щелевых каналов пористым наполнителем.2 The accepted PCTO arrangement is cylindrical when the slotted channels are completely filled with a porous filler.

3.Нетривиальный вариант ПКТО рассчитывалс  по ТЗ табл.1,3. The non-trivial version of the PCTO was calculated according to the ToR of Table 1,

4.Тривиальный вариант ПКТО рассчитывалс  по части ТЗ табл.1, но с корректировкой ее исходных данных. Так при этих расчетах было прин то: TI Т2 600 К; Тч Тг 214 К и в соответствии с занижением средних температур теплоносителей на 97 К его теплофизические свойства здесь были соответственно скорректированы.4. The trivial version of PCTO was calculated according to the TK of Table 1, but with the adjustment of its initial data. So in these calculations it was accepted: TI T2 600 K; Tg Tg 214 K and in accordance with the underestimation of the average temperature of the coolant by 97 K, its thermophysical properties were accordingly adjusted here.

5 В табл. 2 у пкто - удельна  масса предлагаемого устройства.5 In the table. 2 pcto - the specific gravity of the proposed device.

kk

НПЗ - неполное заполнение щелевых каналов Oil refinery - incomplete filling of slotted channels

ПКТО пористым наполнителем; ПЗ - их полное заполнение.PKTO porous filler; PZ - their complete filling.

Claims (1)

Формула изобретени The claims ПОРИСТОКОМПАКТНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК, СОдержащий размещенные в корпусе, включающем обечайку с днищами, непроницаемые разделительные мембраны , образующие щелевые проточные каналы дл  прокачки теплоносителей и расположенные в них пористые наполнители с дистанционирующими штыр ми, и коллекторы, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  массы и габаритов, сокращени  материалоемкости и повышени  прочности конструкции, а также обеспечени  минимальных потерь на прокачку теплоносителей корпус с разделительными мембранами, дистанционирующие штыри и nopnctbie наполнители выполнены заодПродолжение т бл 2PORO-COMPACT HEAT EXCHANGER, Containing housed in a housing including a shell with bottoms, impermeable separation membranes forming slotted flow channels for pumping coolants and porous fillers located in them with spacer pins, and collectors, characterized in that, for the purpose of reducing weight and dimensions reducing material consumption and increasing the structural strength, as well as ensuring minimal losses for pumping heat transfer fluids, housing with spacer membranes, spacing Pins and nopnctbie fillers made zaodProdolzhenie t bl 2 ТаблицаЗTable3 но, причем дистанционирующие штыри в щелевых каналах расположены соосно друг с другом с образованием ст жек между мембранами и днищами корпуса, отделенные от крайних пористых наполнителей зазорами, в которых также размещены штыри, пористость наполнителей выбрана в соответствии с соотношением 0,75 е 0,85, при изменении структурной относительной толщины пористого материала от 6 1 до б 10, а корпус выполнен цилиндрическим, круглым или овальным в сечении и его поверхность снабжена щелевыми входными и выходными окнами дл  теплоносителей сообщенными с соответствующими коллекторамиbut, moreover, the spacing pins in the slotted channels are arranged coaxially with each other with the formation of stitches between the membranes and the bottoms of the housing, separated from the extreme porous fillers by gaps, in which the pins are also placed, the porosity of the fillers is selected in accordance with the ratio of 0.75 e 0.85 , when the structural relative thickness of the porous material changes from 6 1 to b 10, and the casing is cylindrical, round or oval in cross section and its surface is provided with slotted inlet and outlet windows for coolants protected with appropriate collectors Фиг. 2FIG. 2 j-jj-j /4/4 ikik В-6AT 6 ьb Фиг.ЗFig.Z QS o,sr 0,6 0,tS е QiS 0,8 0,8f Q9 Ot9f Ц) Дианетр проволоки наполнителей - о,2.мм 4--водородQS o, sr 0.6 0, tS e QiS 0.8 0.8f Q9 Ot9f C) Dianometer of filler wire - o, 2.mm 4 - hydrogen 2 гелий2 helium 3 - toadyx -ксенон3 - toadyx -xenon Фиг. ЬFIG. B
SU914934817A 1991-05-07 1991-05-07 Porous-compact heat exchanger RU2001374C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914934817A RU2001374C1 (en) 1991-05-07 1991-05-07 Porous-compact heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914934817A RU2001374C1 (en) 1991-05-07 1991-05-07 Porous-compact heat exchanger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2001374C1 true RU2001374C1 (en) 1993-10-15

Family

ID=21573751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU914934817A RU2001374C1 (en) 1991-05-07 1991-05-07 Porous-compact heat exchanger

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2001374C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2333443C2 (en) * 2003-04-11 2008-09-10 Норск Хюдро Аса Method and device for channel lead-in of two fluids within multichannel monolithic structure, their channel distributions and lead-out, and application of multichannel monolithic structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2333443C2 (en) * 2003-04-11 2008-09-10 Норск Хюдро Аса Method and device for channel lead-in of two fluids within multichannel monolithic structure, their channel distributions and lead-out, and application of multichannel monolithic structure

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7389852B2 (en) Integrated heat exchanger and muffler unit
CN100498183C (en) Band-bubble type heat-exchanger
JP2010133428A (en) Exhaust gas heat exchanger
EP1031808A3 (en) Cooling coil for a thermal storage tower
JP2004286246A (en) Parallel flow heat exchanger for heat pump
JP2000055574A (en) Heat-exchanging device
CN114635799B (en) A radially offset precooler
US4815533A (en) Heat exchanger
RU2001374C1 (en) Porous-compact heat exchanger
CN101379358B (en) Spirally wound, layered tube heat exchanger and method of manufacture
CN114739205B (en) 2K negative pressure double-layer finned tube heat exchanger for ultralow temperature system
CN109506497B (en) An efficient and compact capillary heat exchanger
JP4185717B2 (en) Air temperature liquefied gas vaporizer
JP2007503570A (en) Heat exchanger and method of performing chemical treatment
JP2018527551A (en) Thermoacoustic energy conversion system
CN215063907U (en) Coiled tube type heat exchanger and refrigerating system
JP2008185297A (en) Heat exchanger for hot water supply
CN117308390A (en) Self-driven phase-change cooling temperature control device
JP2004044750A (en) Room temperature type liquefied gas vaporizer and evaporating unit
CN115342329A (en) Steam generator utilizing solid heat storage
JPH05312486A (en) Heat exchanger filled with metal particles
CN223470523U (en) Shell-and-tube countercurrent heat exchanger structure suitable for compressed air energy storage system
JPH0359364A (en) Refrigerant condensor
CN117308662B (en) Heat exchanger and modular heat exchange system
KR20110084720A (en) heat transmitter