Завихритель потока

Изобретение относится к области гидродинамики и теплотехники для организации процессов смешения и перемешивания сред, организации процесса теплообмена между средами, а также для организации транспортировки различных сред с меньшим гидравлическим сопротивлением, в частности различного рода газов, жидкостей, разнофазных смесей сред и псевдоожиженных порошкообразных сред. Двухлопастной завихритель потока текучей среды содержит установленные в трубе под углом к потоку текучей среды плоские лопатки, при этом он состоит из двух одинаковых лопаток, установленных в трубе с круглым поперечным сечением, каждая лопатка имеет профиль половинки эллипса, разрезанного вдоль большой его оси на две лопатки и полученного наклонным сечением трубы, выполненным под углом к оси трубы, равным углу наклона края лопатки, образованного большой осью эллипса к оси трубы при установке лопаток в трубе, причем угол наклона края лопаток, образованного большой осью эллипса, обратно симметричен оси трубы и равен от 5 до 85°. В результате достигается снижение себестоимости изготовления и повышение надежности работы завихрителя потока текучей среды. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области гидродинамики и теплотехники для организации процессов смешения и перемешивания сред, организации процесса теплообмена между средами, а также для организации транспортировки различных сред с меньшим гидравлическим сопротивлением, в частности различного рода газов, жидкостей, разнофазных смесей сред и псевдоожиженных порошкообразных сред.

Известен завихритель потока, в частности газа или жидкости в трубах круглого сечения, содержащий закручивающую решетку с профилированными лопатками, выполненными в форме элемента боковой поверхности кругового конуса (см. авторское свидетельство SU, №301494, кл. F23С 7/00, 21.04.1971).

Однако данный завихритель потока имеет сравнительно сложную технологию его изготовления, имеет большое количество деталей и требует для изготовления специальное оборудование, что сужает область его использования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является завихритель потока текучей среды, содержащий установленные в трубе под углом к потоку текучей среды плоские лопатки, имеющие прямолинейные выходные кромки и образующие внутренние полости в форме однополостных гиперболоидов вращения (см. патент RU №2259862, 10.09.2005).

Данный завихритель позволяет эффективно закручивать поток текучей среды, однако он также состоит из большого количества деталей, что усложняет технологию его изготовления и сужает область его использования.

Задачей изобретения является создание простой в изготовлении и имеющей малое гидравлическое сопротивление конструкции завихрителя потока текучей среды.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является снижение себестоимости изготовления и повышение надежности работы завихрителя потока текучей среды.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что двухлопастной завихритель потока текучей среды содержит установленные в трубе под углом к потоку текучей среды плоские лопатки, при этом он состоит из двух одинаковых лопаток, установленных в трубе с круглым поперечным сечением, каждая лопатка имеет профиль половинки эллипса, разрезанного вдоль большой его оси на две лопатки и полученного наклонным сечением трубы, выполненным под углом к оси трубы, равным углу наклона края лопатки, образованного большой осью эллипса к оси трубы при установке лопаток в трубе, причем угол наклона края лопаток, образованного большой осью эллипса, обратно симметричен оси трубы и равен от 5 до 85°.

Двухлопастной завихритель потока текучей среды может быть снабжен разделительной пластиной, установленной на входе в завихритель между краями лопаток, образованными большой полуосью указанного выше эллипса.

В ходе проведенного анализа было выявлено большое количество различных типов завихрителей потока текучей среды, которые удовлетворяют различным требованиям. Однако, как отмечалось выше, завихрители с лопатками сложны в изготовлении, состоят из большого количества деталей, т.е. дороги. Шнековый завихритель состоит из одной детали, но труден в изготовлении, требует специального оборудования. Тангенциальный подвод текучей среды прост, но имеет большое сопротивление. От завихрителя требуется, в частности, чтобы он обеспечил необходимую интенсивность закрутки потока и требуемый определенный профиль скорости по радиусу при возможно небольшом гидравлическом сопротивлении, был прост в изготовлении, невелик по габаритам и надежен в работе. Под закруткой потока понимается отношение наибольшего по радиусу значения тангенциальной скорости к средней осевой скорости потока текучей среды.

Описываемый завихритель потока текучей среды по существу состоит из двух деталей - лопаток, которые установлены в трубе круглого поперечного сечения. Это позволяет иметь небольшое гидравлическое сопротивление при возможности закрутки потока текучей среды в значительном диапазоне углов наклона лопаток к набегающему на них потоку текучей среды.

Проведенное исследование показателей работы описываемого двухлопастного завихрителя потока текучей среды при помощи средств вычислительной гидродинамики показало, что он при угле наклона края лопатки α, образованного большой осью эллипса, описывающего линию сопряжения края лопаток с внутренней поверхностью трубы, в которой они установлены, равном 5-85°, обеспечивает закрутку потока с величиной тангенциальной составляющей скорости, равной 0,5-0,9 от средней осевой скорости при коэффициенте сопротивления ζ=1-2,5.

Показатели двухлопастного завихрителя потока текучей среды могут быть улучшены при добавлении на входе разделительной пластины, установленной между краями лопаток, образованными большой полуосью указанного выше эллипса. Коэффициент сопротивления при этом уменьшается на 20...25%, а закрутка (величина тангенциальной скорости) увеличивается примерно на 20%.

На фиг.1 показан общий вид в разрезе двухлопастного завихрителя потока текучей среды. На фиг.2 представлен продольный разрез завихрителя потока текучей среды, вид сбоку. На фиг.3 представлен продольный разрез завихрителя потока текучей среды, вид сверху. На фиг.4 показан общий вид в разрезе двухлопастного завихрителя потока текучей среды с разделительной пластиной. На фиг.5 представлен продольный разрез завихрителя потока текучей среды с разделительной пластиной, вид сбоку.

Двухлопастной завихритель потока текучей среды содержит установленные в трубе 1 под углом к потоку текучей среды две плоские лопатки 2. Лопатки 2 имеют одинаковую форму и установлены в трубе 1 с круглым поперечным сечением. Каждая лопатка 2 имеет профиль половинки эллипса, разрезанного вдоль большой его оси на две лопатки 2 и полученного наклонным сечением трубы 1, выполненным под углом α к оси трубы 1, равным углу α наклона края лопатки 2, образованного большой осью эллипса к оси трубы 1 при установке лопаток 2 в трубе 1. Угол наклона α края лопаток 2, образованного большой осью эллипса, обратно симметричен оси трубы 1 и равен от 5 до 85°.

При движении текучей среды, например жидкости, в трубе 1 часть ее из нижней половины через треугольное окно между лопатками 2 и трубой 1 поднимается вверх, другая - из верхней половины опускается вниз. В результате взаимодействия описанных выше частей потока с внутренней стенкой трубы возникает закрутка потока. Закрученный поток текучей среды истекает из завихрителя потока и подается по назначению потребителя. В процессе закрутки потоков интенсифицируются процессы смешения и теплообмена между средами, составляющими поток текучей среды.

Настоящее изобретение может быть использовано в теплоэнергетике, теплотехнике, химической технологии, атомной технике и других отраслях техники, где требуется интенсификация процессов теплообмена и массообмена.

1. Двухлопастной завихритель потока текучей среды, содержащий установленные в трубе под углом к потоку текучей среды плоские лопатки, отличающийся тем, что он состоит из двух одинаковых лопаток, установленных в трубе с круглым поперечным сечением, при этом каждая лопатка имеет профиль половинки эллипса, разрезанного вдоль большой его оси на две лопатки и полученного наклонным сечением трубы, выполненным под углом к оси трубы, равным углу наклона края лопатки, причем угол наклона края лопаток, образованного большой осью эллипса, обратно симметричен оси трубы и равен от 5 до 85°.

2. Двухлопастной завихритель потока текучей среды по п.1, отличающийся тем, что снабжен разделительной пластиной, установленной на входе в завихритель между краями лопаток, образованными большой полуосью указанного выше эллипса.