Вихревая труба

 

Использование: изобретение относится к холодильной технике, а именно к вихревым генераторам холода, основанным на использовании эффекта Ранка. Сущность изобретения заключается в том, что вихревая труба содержит тангенциальный сопловой ввод 1 рабочей среды, плоскую вихревую камеру 2, камеру 3 энергетического разделения, сопло 4 выпуска холодного потока, канал 5 выпуска горячего потока. Вихревой поток рабочей среды ускоряется в плоской вихревой камере 2 до уровня давления ниже атмосферного, до определенного уровня разрежения. 1 п.ф„ 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,„ Ц„„1763816 А1 (51)5 F 25 В 9/02

ГОСУДАРСТВЕНЙЫЙ КОМИТЕТ, ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ .ГКНТ СССР, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-1 . : :: : .::,:: -- ., ., :.., .:::;: 2 .(21) 4891374/06 ... : : ":::: к холодильной технике, a именно к вихре(22) 13.12.90 . - --.. - :- :.:: -::: "..::-- - .:, .:вымгенераторам холода,основаннымнаис(46)23,09.92. Бюл.М 35. - - ..:: :: " :;:: ..: . пользованйи эффекта Ранка. Сущность (71) Научно-производственноеобъединение . изобретения заключается в том, что вихре по технологии мащинстроения для животно-: вая труба содержит тангенцйальный сопло..водства. и кормопроизводства "РостНИ- . вой.ввод 1 рабочей среди. плоскую ИТМ":: . .; . .:- ::; -:: - -:-:..".:::- вихревую камеру2; камеруЗэнергетическо(72) НЗ.В.Гявгянен .: ..:, .... - . го разделения, сопло 4 выпуска холодного (56) Авторское свидетельство СССР: .. "потока канал 5 выпуска горячего потока. . % 1255825, кл. F 25 В 9/02. 1989. - ... Вихревой потокрабочей.средыускоряется в плоской вихревой камере 2 до уровня давле(54) BMXPEBAH TPY6A .:. - ния"ниже атмосферного, до определенного (57) Использование: изобретение относится ..уровня разрежения. 1 п.ф,, 4 ил, 1763816

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к вихревым генераторам холода, основанным на использовании эффекта Ранка и предназначенным для охлаждения газа.

Известна вихревая труба (см.а.с. СССР

N. 435419, кл. F 25 В 9/02, Б.И.25-74), которая содержит впускной канал, сопловой ввод, выполненный тангенциально к вихревой камере.

Известная вихревая труба ймеет, недостаток, обусловленный тем, что йоток рабочей среды, истекающий из соплового ввода. имеет давление P критическое, то-есть

0,528 от величины начального давления Ро рабочей среды во впускном канале. а скорость потока рабочей.cpejjia не выше"критической (не выше скорости звука). При расширении рабочей среды происходит понижение энтальпии среды. Высокий уровень . давления рабочей среды, поступающей в вихревую камеру, определяет незначительный перепад энтальпии среды и невысокую удельную холодопроизводительность, пропорциональную изэнт-. ропной разности (перепаду) энтальпии, определяемой по формуле

Ьраст=0,5 акр 4, .

2. 2 где акр — критическая скорость (скорость звука в данном сечении);

Лв — коэффициент скорости, определяемый по формуле

=Л(Т) =Л(Т/То), где Р— давление потока рабочей среды в данном сечении;

P0 — начальное давление рабочей сре Аы:

Т вЂ” температура потока рабочей среды в данном сечении;

То- температура рабочей среды начальная.

Так как уровень скорости потока рабочей среды меньше критической скорости а р, а отношение Р/Ро равно 0,528, то обеспечивается незначительное понижение энтальпии рабочей среды и невысокая удельная холодопроизводительность известного устройства.

Известна наиболее близкая по технической сущности и достигаемому результату вихревая труба (а.с, СССР hL 1255825, кл, F

25 В 9/02, Б.И. М 22-86), которая содержит сопловой ввод рабочей среды.Известная вихревая труба имеет недостатки, обусловленные тем, что поток рабочей среды, истекающий из соплового ввода, имеет давление Р, составляющее 0,528 от

5 величины начального давления Ро во впускном канале вихревой трубы. Скорость потока рабочей среды не превышает уровня критической скорости акр (скорости звука в данном сечении). Значительная величина

10 P/Po определяет незначительное понижение (перепад) энтальпии рабочей среды и невысокую удельную холодопроизводительйость известного устройства.

Следовательно, недостатки обусловле15 ны тем, что поток рабочей среды в известном устройстве расширяется до сравнительно высокого уровня давления и сравнительно низкого уровня скорости. Т.е. используется на весь перепад потенциаль20 ной энергии.

Это определяет невысокие технико-экономические показатели вихревой трубы, а именно, низкую эффективность использования энергии рабочей среды, высокую темпе25 ратуру холода и йизкую удельную холодопроизводительность., Цель изобретения — устранение указан.ных недостатков — повышение технико-экономических показателей.

30 Эта цельдостигается тем,что известная вихревая труба, содержащая тангенциальный сопловой ввод рабочей среды и камеру энергетического разделения, снабжена плоской кольцеобразной камерой, соосной ка35 мере энергетического разделения и сообщающей тангенциальный сопловой ввод с камерой энергетического разделения;

В результате этого поток рабочей сре40 ды, истекающий из тангенциального соплового ввода в плоскую кольцеобразную камеру, закручивается в ней и образует вихревой поток рабочей среды со стоком в камеру энергетического разделения, 45 Избыточное давление потока рабочей среды (Р=0,528 Po), истекающего из сопла, используется для дальнейшего плавного ускорения вихревого потока в плоской цилиндрической камере по мере движения его

50 от периферии камеры к центру, к стоку в камеру энергетического разделения. Под действием центробежной силы плотность рабочей среды р и давление P потока рабочей среды уменьшаются в том же направле55 нии, так как связаны между собой следующей формулой:

Р-С р, где С вЂ” контакта;

1763816

К вЂ” показатель адиабаты, для воздуха;

К ее 1,41.

Ускорение потока рабочей среды в такой плоской цилиндрической камере осуществляется до сверхзвуковой скорости, 5 ной эксергетической холодопроизводительности, снижение температуры холода и повышение эффективности использования энергии рабочей среды.

В технике известно применение цилиннапример, до числа Маха, равного 3,6583 дрических и кольцеобразных камер, а также (для воздуха) со-следующими приведенны- профилированных каналов сужающегосями показателями: .::, —.-:-, .:. -.:;:., .;:, ..:. ". типа(сужающееся вопло). Однако новая со температуры ...Т - ТIТО = 0,2720; вокупность-известных призйаков обладает давления : :. Р= Р/Pa=0,0105, 10 новым свойством - -- ухскорвенйем рабочей плотности р =рlро= 0,0386,:... среды во сверхзввуковой скорости и до давкоэффициента 4=2,09: .: .ления.ниже атмосферного, В результате этого перепад энтальпии Новое свойство обуславливает достидостигает максимальной величины,: более . жение положительного Результата =снижечем в четйре раза превышающей перепад 15 ние температуры "холода,-nîeûeøåíèeэнтальпии в известных устройствах. Тем ca- ." холодопроизводительности, повышение эф- . мым обеспечивается резкое возрастание - .Фективности использоваййя .энергии рабо-h (-Г. +T„-11

2 То.с. холодойроизводительности, эффективно-, чей среды. сти использования энергии рабочей среды:;: Все это подтверждавет наличие сущести понижейия температуры холода.:-,::: 20 венных отличий у заявленного устройства, Коэффициент полезного действия для - На фиг.1 схрематйчески изображена вих- изэнтропного процесса расширения опре-". Ревая труба, продольный разрез.; на фиг.2 деляется как отношение действйтельной разрез А-А на фиг.1; на фиг,3 — вариант разности энтальпий hl к располагаемой ра-: исполнения с сужающимся.тангенциальным. .. боте, определяемой иээнтропной разйо- 25 соплом;.на фиг,4- вариант исполнения плостью энтальпйй h4, т.е. y,= МАЗ;.. ° в: . ской камеры.

Ценность холода определяется энер- ., .: Вйхревая труба содержит-тангенциаль, . гйей, то-есть энергией, которая при участии. ный сопловой ввод 1 рабочей среды, плоокружающей среды может быть преобразо-: сКую цилиндрическую камеру: 2, камеру 3 вана в любую другую форму энергии (рабо- 30 энергетического разделенхия, сапло 4 выпу тосйособная часть энергии), В изэнтропном ска холодного потока, канал 5 выпуска горя; процессе расширения измененйе эксергии чего потока, набор теплопроводных ребер 6 равно изменению энтальпии: -: : с периферийными зазорами.

-. - Ввод 1 рабочей среды выполнен танген Я, = p, 35 цйальнох к боковой 8 поверхности плоской цйлиндрической камеры 2, образованной

Удельная эйергетйческая холодопроиз- . торцхевыми поверхностями 9 и 10, Радиус водительность реального процесса опреде- камеры R, Камера 2 сопрягается с камерой ляется"noформуле; Зэнергетическогоразделениярадиусаг.Ка40 мера 3 соосна центральным отверстиям 11, 2 T,,: .- выполненным радиусом r в наборе теплоое =h 1 д +тд 11= . проводных ребер б, имеющих периферийные зазоры 7. Между ребрами 6 выполнены внутренние зазоры 12, образованные коль45 цевыми прокладками 13, изолирующими внутреннюю полость вихревой трубы от окгде h — действительный перепад энтальпии", рожающей атмосферы Во Фланце 14 камеТо.g.-òåìnåðàòóðàокружающейсреды; Ры 3 выполнена полость 15, снабженная

T0 — начальная температура рабочей крестовиной 16 и регулиРуемым вентилем среды; 50 17 горячего потока. Соосно камерам 2 и 3

Т» — это отношение Т /Т, где Т вЂ” ко . Установлено сОпло 4 выпУска холодного понечная температура рабочей среды. тока. В кольцевом сопле 3 установлена диТак как согласно таблицы газодинами- афРагма 18 из УпРУгого матеРиала. Ввод 1 ческих функций для воздуха (К=1/4) с уско- может быть выполнен в виде цилиндричерением рабочей среды до минимального 55 ского отверстия или сужающегося профилистатического давления происходит сущест- Рованного канала (сопла) 19, ускоряющего венное падение температуры Т» потока ра- Рабочую среду до звуковой скорости. бочей среды, и рост перепада энтальпии, то Устройство работает следующим обраэто обеспечивает значительный рост удель1763816

Прй подаче рабочей среды она ускоря- 5 и вентиль.17 удаляется в атмосферу, Более ется в сойловом вводе 1 и йстекае в пло- холодная чаСть йотока по отверстиям 11 к скую «амеру 2; закручиваясь и образуя камере 3 йаправляется в.сопло 4, занимая плоский вихревой поток рабочей среды со приосевую полость "вихрввой трубы. стоком в камеру 3. Йзбыточное давление 5 - Возможно исполнение. когда плоская потокарабочей среды,истекающегоизвво-. вихревая камера 2 выполнена с боковой да 1, используется для дальнейшего плавно-. - -криволинейной поверхностью 20 — круглой, lo ускоремйя вй февого потока Ао мере овальнойилииной. движенйя ere* от периферии к центру, к"стоку . Работает исйолнение аналогично опивквмеру5. Втомженвпревленииоперифе- 10 сайному; рйи к центру под действием центробежной,. Возможны исполнения вихревой трубы, сйаы происходит уменьшение давления и когда камера энергетического разделения плотности вихревого потока. Уровень повы".. вихревого потока С теплопроводными элешения скорости, понижения давления и ментами еыйолнена иначе. но имеет плоniiîòíîñòé вихревого потока определяется 15 скуюкольцеобразнуюкамеру,сообщающую соот ашениемЯ/г,т,е.соотношейММрадИ-:: тангейциальный сопловой ввод с камерой уса камеры 2 к радиусу камеры 3. Выбор- эйергетического разделения.соответствующего отношения 8/г позволя-;:.: . .. Заявленная вихревая труба, обладая но-. етдостичьтребуемогоуровня скорости, дав- .:: вым свойством расширения потока рабочей . ления и плотности потока. истекающего из 20 среды до значительного уровня разрежения ,камеры2вкамеруЗ.Скоростьпотокадости-: этого потоке, обуславливает резкое повыление — йиже атмосферного, to-есть - таких как холодопроизводительность, эфопределенного уровня разрежения. Веаь - . фективнбсть использования энергйи рабоперепаддавления-отначальногодоуровня 25 чей среды, низкая температура холода— ниже атмосферного — используется для ус- независимо от конструкции камеры энерго- . корения потока и для повышения энтальпии разделения и устройства теплоотвода. газа, В камере 3 вихревой поток рабочей среды разделяется на горячий и холодный. - . - Ф ор мула изоб рете ния

Первый из .них, соприкасаясь с поверхно- 30, Вихревая труба, содержащая тангенцистью ребер би проникая в зазоры 12, отдает альный сопловой ввод рабочей среды и каин тепло,:которое с помощью периферйй- . меру эйергвтического разделения, о т л иных зазоров 7 отдается в окружающую сре-. ч à ю щ а я с я тем, что, с целью йовйшения ду. Холодный поток по приосевой зоне техмйко-экономических показателей, она камеры 3 и отверстий 11 направляется в 35 дополнительно снабжена плоской кольцесопло 4 выпуска холодного потока, Охлаж-: образной камерой, соосной с камерой энердейный горячий поток достигает фланца 14 гетического разделенияи сообщающей и-разделяется на две части, горячий из кото-: тангеициальной сопловой ввод с камерой рых через крестовину 16, полость 15, канал энергетического разделения.

1763816

Составитель Н.Алексеева

Техред М. Морге нтал Корректор М.Шароши

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3446 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5