Ученые Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева (КНИТУ-КАИ) разработали с помощью 3D-моделирования и запатентовали усовершенствованную теплообменную поверхность, обеспечивающую более надежную работу энергетического оборудования и значительно снижающую габариты теплообменников. Безотрывные выемки, обеспечивающие ламинарный поток теплоносителя с минимальным сопротивлением, могут быть выполнены с применением традиционных технологических способов изготовления или аддитивных технологий.
Секрет — в улучшенной форме выемок, которыми покрыта поверхность теплообменника, сообщает Министерство науки и высшего образования РФ. Выемки сферической или диффузорной формы усиливают теплообмен и уменьшают гидравлическое сопротивление при движении теплоносителя.
«Для эффективной работы теплообменников в различных средах необходимо обеспечить интенсификацию теплообмена при равноценном или отстающем росте гидравлического сопротивления. Обеспечение этого баланса особенно важно в теплообменниках, работающих на газе, где затраты механической энергии на преодоление силы трения достаточно легко могут вырасти до величины, сопоставимой с количеством энергии, передаваемой в виде теплоты. Учитывая высокую стоимость механической энергии по сравнению с эквивалентной энергией, передаваемой в виде теплоты (разница в три-пять раз), уменьшение гидравлического сопротивления теплообменных поверхностей является актуальной задачей», — рассказал профессор кафедры теплотехники и энергетического машиностроения КНИТУ-КАИ Игорь Попов.
Интенсификация теплообмена сильно зависит от режима обтекания выемки. При малых скоростях для относительно неглубоких выемок обтекание происходит ламинарным потоком — упорядоченным, без перемешивания слоев. Авторы поставили цель нарастить теплоотдачу как на внутренней поверхности выемок каплевидной формы, так и на гладкой поверхности между ними. Ученые предположили, что при максимальной плотности расположения выемок на теплообменной поверхности можно создать высокоэффективное, компактное теплообменное устройство и эффективную систему охлаждения теплоэнергетической установки.
Исследователи КНИТУ-КАИ рассчитали, какими должны быть выемки по очертаниям и размеру и описали гидродинамические процессы, которые происходят при обтекании теплообменной поверхности основным потоком газообразного теплоносителя. Предложенные диффузорные безотрывные выемки обладают каплевидной формой с переменной кривизной донной части и боковых стенок. Донная часть выемок выполнена вогнутой и образована тремя плавно соединяющимися участками — входным, средним и выходным.
Для упрощения технологии изготовления теплообменной поверхности казанские ученые предлагают выполнять основные каплевидные и дополнительные сферические безотрывные выемки в пределах одной матрицы одинаковыми по форме и размеру. Максимальная плотность расположения основных каплевидных и дополнительных сферических безотрывных выемок, оказывающих взаимное влияние друг на друга, повышает интенсивность процессов теплообмена и эффективность гидродинамических процессов, обеспечивающих снижение гидравлических потерь.
Экономический эффект от внедрения новой технологии оценивается на уровне 15-20%. Научной командой получен патент RU 2848571 C1 Федеральной службы по интеллектуальной собственности на изобретение «Теплообменная поверхность».
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru