Повышение эффективности термосифонных радиаторов отопления структурированием наружной поверхности греющей трубы

Основными преимуществами термосифонных радиаторов отопления перед классическими аналогами являются низкая металлоемкость, изотермичность поверхности, существенное снижение объема греющей воды в радиаторе, высокая коррозионная стойкость и эстетичность формы. Однако они имеют такие недостатки, как недостаточно эффективная теплопередача при фазовом переходе теплоносителя и характерный шум при пузырьковом кипении, существенно сужающий область применения термосифонных радиаторов для установки в жилых помещениях. В связи с этим предложено использовать метод деформирующего резания для создания развитой теплообменной микроструктуры на наружной поверхности греющей трубы. Развитый микрорельеф, полученный методом деформирующего резания, обладает капиллярным эффектом. При этом он позволяет интенсифицировать фазовый переход за счет многократного развития площади теплообменной поверхности. Фазовый переход в микроканалах не сопровождается образованием пузырей, что устраняет шум при работе радиатора. Высокая технологичность метода деформирующего резания минимально влияет на себестоимость радиатора. Проведено исследование процесса испарения изопропилового спирта для различных вариантов микроструктурированных поверхностей, полученных деформирующим резанием. По сравнению с гладкой трубой у испытуемых образцов с микрорельефом в широком диапазоне температур выявлено двукратное повышение передаваемой мощности от греющей трубы при отсутствии шума, характерного для пузырькового кипения.

Литература

[1] Петренко С.В. Фокин В.М. Нагревательный прибор для повышения энергоэффективности систем отопления помещений. Вестник энергоэффективности, 2015, № 2, с. 88–92.

[2] Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление. Москва, Стройиздат, 1991. 735 с.

[3] Tayali N., Shiret A. Thermosyphon radiators. Patent US, no. 20020134427 A1, 2002.

[4] Полякова Е. Подбор и установка мембранных баков для систем отопления и ГВС. Аква-Терм, 2010, № 6 (58), c. 54–57.

[5] Определение наиболее эффективных режимов работы 6-секционного стального радиатора с «литиево-бромидной жидкостью» с условным названием «Вакуумный Литиево-Бромидный Суперпроводящий Радиатор». URL: http://is34.ru/files/radiator_1.pdf (дата обращения 07 апреля 2016).

[6] Scurrah Norman Hugh. Heat transfer panels. Patent GB, no. 2099980 A, 1982.

[7] Зубков Н.Н., Овчинников А.И., Кононов О.В. Изготовление теплообменных поверхностей нового класса деформирующим резанием. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана, Серия: Машиностроение, 1993, № 4, c. 79–82.

[8] Zubkov N.N., Polyakov A.F., Shekhter Yu.L. The hydraulic characteristics of porous materials for a system of transpiration cooling. High Temperature, 2010, vol. 48, no. 2, pp. 231–237.

[9] Зубков Н.Н. Получение подповерхностных полостей деформирующим резанием для интенсификации пузырькового кипения. Вестник машиностроения, 2014, № 11, c. 75–79.

[10] Зубков Н.Н., Трофимович А.С., Овчинников А.И., Цфасман Г.Ю., Городников В.В. Получение штырьковых структур для кипения азота. Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение, 2013, № 1 (90), c. 100–109.

[11] Thors P., Zoubkov N. Method and tool for making enhanced heat transfer surfaces. European Patent no. 1692447. 2009.

[12] Zubkov N.N., Sleptsov A.D. Production of Slotted Polymer Filter Tubes by Deformational Cutting. Russian engineering research, 2010, vol. 30, no. 12, pp. 1231–1233.

[13] Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Зубков Н.Н., Каськов С.И., Щелчков А.В. Кипение воды на микроструктурированных поверхностях. Труды Академэнерго, 2012, № 1, с. 14–31.

[14] Попов И.А., Щелчков А.В., Зубков Н.Н., Лэй Р.А., Гортышов Ю.Ф. Теплоотдача при кипении различных жидкостей на микроструктурированных поверхностях. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2014, № 4, с. 49–53.

[15] Морской Д.Н. Процессы кипения на поверхностях, полученных методом деформационного резания. Будущее машиностроения России. Сб. тр. Всерос. конф. молодых ученых и специалистов, Москва, 22–25 сентября 2010 г., Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010, с. 163–164.

[16] Poniewski M.E., Thome J.R. Nucleate Boiling on Micro-Structured Surfaces. USA, Heat Transfer Research Inc., 2008. 366 p.

[17] McHale J.P., Garimella S.V. Bubble nucleation characteristics in pool boiling of a wetting liquid on smooth and rough surfaces. International Journal of Multiphase Flow, 2010, vol. 36, pp. 249–260.

[18] Sarbu I., Valea E.S. Correlations for enhanced boiling heat transfer on modified surfaces tubes. International journal of energy and environment, 2011, vol. 5, no. 3, pp. 444–451.

[19] Попов И.А., Махянов Х.М., Гуреев В.М. Физические основы и промышленное применение интенсификации теплообмена: Интенсификация теплообмена. Казань, Центр инновационных технологий, 2009. 560 с.