Устройство для получения тепла и холода

 

Изобретение относится к криогенному машиностроению и м.б. использовано в установках разделения воздуха. Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности устройства. Приемная трубка выполнена в виде двух цилиндров 2 и 3 разных диаметров, соединенных усеченным конусом 4. Цилиндр 2 меньшего диаметра расположен со стороны сопла 1, а внутри цилиндра 3 большего диаметра с образованием кольцевой камеры (КК) 5 установлена вставка 6 с коническим рассекателем 7, обрашенным вершиной в сторону сопла 1. Вставка 6 м.б. снабжена пакетом трубок, параллельных ее оси и открытых со стороны сопла. Внутренняя поверхность КК 5 выполнена пористо-шероховатой, а ее стенки - из теплопроводного материала, что интенсифицирует процесс трансформации энергии колебаний давления газа в тепловую и повышает эффективность отвода тепла от газа из КК за счет уменьшения толш,ины теплового пограничного слоя у стенок КК и увеличения поверхности теплообмена . 2 з.п. ф-лы, 4 ил. « (Л J 5 СО N срие.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (su 4 F 25 В 9/02

ВСЕСОМ311) "

1 П 4 "ь 1Т":.!!

Щ ЛЦOT К4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4057610/23-06 (22) 18.04.86 (46) 30.09.87. Бюл. № 36 (72) А. М. Архаров, В. П. Бондаренко, Б. И. Волынский, А. Д. Гуторов, И. А. Гольман, В. С. Кортиков и Н. В. Филин (53) 621.57 (088.8) (56) Архаров А. М. и др. О расширении газового потока с регенерацией волновой энергии в резонансных трубах и тепловых сепараторах. Экспресс-информация о работах

НИИ и КБ отрасли. Сер. ХМ вЂ” 6, № 1, 1982, с. 2. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ТЕПЛА И ХОЛОДА (57) Изобретение относится к криогенному машиностроению и м.б. использовано в установках разделения воздуха. Цель изобретения — повышение термодинамической

„„SU„„1341471 Я1 эффективности устройства. Приемная трубка выполнена в виде двух цилиндров 2 и 3 разных диаметров, соединенных усеченным конусом 4. Цилиндр 2 меньшего диаметра расположен со стороны сопла 1, а внутри цилиндра 3 большего диаметра с образованием кольцевой камеры (КК) 5 установлена вставка 6 с коническим рассекателем 7, обращенным вершиной в сторону сопла 1.

Вставка 6 м.б. снабжена пакетом трубок, параллельных ее оси и открытых со стороны сопла. Внутренняя поверхность КК 5 выполнена пористо-шероховатой, а ее стенки — из теплопроводного материала, что интенсифицирует процесс трансформации энергии колебаний давления газа в тепловую и повышает эффективность отвода тепла от газа из КК за счет уменьшения толщины теплового пограничного слоя у стенок КК и увеличения поверхности теплообмена. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1341471

Изобретение относится к криогенному машиностроению, в частности к устройствам для производства холода с использованием эффекта расширения, и может быть использовано, например, в установках разделения воздуха.

Цель изобретения — повышение термодинамической эффективности устройства.

На фиг. 1 показано устройство для получения тепла и холода; на фиг. 2 — то же; с конической кольцевой камерой; на фиг. 3— то же, с пакетом трубок в кольцевой камере; на фиг. 4 — сечение А- — А на фиг. 3.

Устройство содержит сопло 1, соосно с которым расположена приемная трубка.

Приемная трубка выполнена в виде двух цилиндров 2 и 3 соответственно меньшего и большего диаметров. Цилиндры соединены между собой усеченным конусом 4. Внутри цилиндра 3 с образованием кольцевой камеры 5 установлена вставка 6, имеющая конический рассекатель 7. Вставка 6 может быть выполнена в виде цилиндра или конуса, при этом в первом случае кольцевая камера 5 может быть снабжена пакетом трубок 8, открытых со стороны сопла.

Устройство работает следующим образом.

Струя газа из сопла 1 натекает в цилиндр

2, что вызывает появление пульсаций давления газа на входе цилиндра 2. При этом возникают волны сжатия, которые распространяются в цилиндре 2 и, обтекая рассекатель 7, попадают в заглушенную кольцевую камеру 5. По мере прохождения всего пути волны сжатия теряют часть энергии за счет перехода ее в тепло. Волна сжатия, отразившись от закрытого конца (при этом выделяется большое количество тепла) кольцевой камеры 5, совершает обратный путь, нагревая при этом газ, находящийся в приемной трубке. Волна сжатия отражается от открытого конца цилиндра 2 волной разрежения, которая распространяется внутрь трубки. На этом заканчивается затекание газа в цилиндр 2 приемной трубки и начинается процесс его истечения.

Цикл завершается в тот момент, когда волна разрежения, отразившись от закрытого конца кольцевой камеры, достигает открытого конца цилиндра 2, от которого отражается в виде новой волны сжатия. B течение каждого цикла происходит затекание и обратный выброс газа из приемной трубки.

В ней образуются две зоны: вблизи открытого конца, обращенного в сторону сопла,— зона интенсивного массообмена; вблизи закрытого конца — застойная зона. В зоне интенсивного массообмена происходит периодическая смена газа, благодаря чему выде яющееся здесь тепло «вымывается» из приемной трубки и выбрасывается в расширенный поток, поэтому начальный участок приемной трубки не нагревается. Нагрев приемной трубки происходит в застойной зоне, которая локализуется во внутреннем

50 объеме кольцевой камеры 5. Выделяющееся тепло выводится из нее через стенки вставки 6 и цилиндра 3 в окружающую среду, например, для подогрева водяного пара.

Для обеспечения максимального тепловыделения необходимо обеспечить максимальный коэффициент прохождения акустической волны из цилиндра 2 в кольцевую камеру 5. Величина определяется по формуле где F — плогцадь поперечного сечения цилиндра 2;

F — площадь входного поперечного сечения кольцевой камеры 5.

Соотношение (1) ограничивает величину

Я вЂ” В частности, для того, чтобы в кольФ цевую камеру 5 проходило не менее 90% акустической энергии необходимо в соответствии с (,1), чтобы выполнялось условие

0,7(ф- (1,5. Рассекатель 7 на вставке 6 обеспечивает плавный переход газа между цилиндром 2 и кольцевой камерой 5, в результате чего происходит минимальное отражение акустической волны.

В предлагаемом устройстве длина кольцевой камеры 5 должна быть не меньше длины застойной зоны, длина которой по данным эксперимента составляет около 50 — 70% в зависимости от условий возбуждения колебаний. Это, в свою очередь, требует выполнения условия — (1, где 1, — длина цилиндра 2; !. -- длина цилиндра 3.

Внутренняя поверхность кольцевой камеры 5 выполнена пористо-шероховатой, а ее стенки — из теплопроводного материала для большей интенсификации процесса трансформации энергии колебаний давления газа в тепловую и более эффективного отвода тепла от газа из кольцевой камеры 5 за счет уменьшения толщины теплового пограничного слоя у стенок кольцевой камеры 5 и увеличения поверхности теплообмена.

Предлагаемое устройство может быть использовано для реализации любого известного способа возбуждения колебаний газа в приемной трубке. Так, подача газа через сопло 1 может осуществляться импульсно с модуляцией потока механическим газораспределителем. Сопло 1 может быть подвижным и обеспечивать обегание струей целого ряда приемных трубок. При неподвижном сопле обегание струей нескольких приемных трубок возможно с использованием, например, эффекта, неустойчивости обтекания струей клина.! 341471

Формула изобретения

1. Устройство для получения тепла и холода, содержащее сопло, соосно с которым расположена приемная трубка, открытая со стороны сопла и заглушенная с противоположной стороны, отличающееся тем, что. с целью повышения термодинамической эффективности, приемная трубка выполнена в виде двух цилиндров разных диаметров, соединенных усеченным конусом, причем цилиндр меньшего диаметра расположен со стороны сопла, а внутри цилиндра больше. го диаметра с образованием кольцевой камеры установлена вставка с коническим рассекателем, обращенным вершиной в сторон

5 сопла.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность кольцевой камеры выполнена пористо-шероховатой.

3. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что кольцевая камера снабжена пакетом трубок, параллельныx ее оси и открытых со стороны сопла.

1341471

Составитель Н. Кирьянова

Редактор А. Orap Техред И. Верес Корректор М. Демчик

Заказ 4425/44 Тираж 475 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 (3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4