Способ образования кавитационных зон в потоке негорючей жидкости и управления их разрушением, а также устройство для осуществления способа

Изобретение относится к области энергетики, а именно к теплотехнике. Раскрыт способ образования кавитационных зон в потоке негорючей жидкости и управления их разрушением, включающий движущийся поток жидкости, средства для образования кавитационных зон в потоке жидкости. Жидкость является негорючей. Кавитационные зоны образуют диспергированием горючего агента в негорючей жидкости. Горючий агент импульсно или неимпульсно поджигают в потоке негорючей жидкости с образованием при этом кавитационных явлений, которыми управляют при разрушении. Также раскрыто устройство для реализации способа. Технический результат заключается в управлении разрушением кавитационных зон. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области теплотехники, в частности, для нагрева жидкости и/или увеличения кинетической (ударной) энергии струи жидкости, а также к области химии.

Известен патентный документ РФ №94023002, заявлен 15.06.1994, опубликован 27.04.1996, КАВИТАЦИОННЫЙ ЭМУЛЬГАТОР.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к устройствам для приготовления водомазутной топливной эмульсии, используемой в качестве топлива для котельных агрегатов. Техническим результатом изобретения является возможность приготовления однородной по размерам капель воды эмульсии и, следовательно, повышение ее стойкости к разложению и улучшение работы котельных агрегатов. Сущность изобретения заключается в том, что в кавитационном эмульгаторе, содержащем проточную камеру с установленным в ней кавитатором, выполненным в виде конуса, ориентированного вершиной против направления потока, в проточной камере установлен ряд дополнительных, последовательно расположенных кавитаторов, выполненных в виде конусов, диаметры оснований которых уменьшаются по ходу потока по закону

где d₁ - диаметр основания первого конуса; d_i - диаметр основания i-го конуса (i=2, 3…); D - диаметр проточной камеры.

Изобретение относится к области теплотехники, в частности к устройствам для приготовления водомазутной топливной эмульсии, используемой в качестве топлива для котельных агрегатов.

Однако данное решение имеет следующие ограничения.

Предложенное решение направлено на сгорание топлива при минимальном высвобождении энергии кавитационного взрыва.

Чем мельче размер горючего агента в негорючей смеси, тем меньше силовое воздействие кавитации.

Известен патентный документ РФ №94025801, заявлен 12.07.1994, опубликован 27.04.1996, Способ обеззараживания воды.

Изобретение относится к способам обеззараживания воды и может быть использовано в процессах водоподготовки, в коммунальных службах при очистке бытовых стоков, биотехнологии, медицине, экологии и др. Цель предлагаемого способа - повышение степени обеззараживания и упрощение технологии обработки питьевой, технической или сточной воды. Это достигается в способе обеззараживания воды, включающем ее аэрацию под разрежением и кавитацию в зоне рабочего колеса, при этом аэрация воды составляет 0,6-1 от предела растворимости воздуха в воде при температуре ее обработки и соответствующем давлении на выходе насоса.

Однако данное решение имеет следующие ограничения.

Ограниченное обеззараживание воды может иметь место непосредственно в зоне кавитации. Отсутствует эффект пролонгированного действия, что приводит к повторному заражению воды.

Наиболее близким решением относительно заявляемого по функциональному применению является патентный документ РФ №94038565, заявлен 13.10.1994, опубликован 27.08.1996, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА КАВИТАЦИЕЙ.

Устройство содержит цилиндрический корпус с патрубками подачи и удаления жидкого топлива. В патрубке подачи топлива размещена винтовая вставка для перемешивания топлива. В корпусе размещен ультразвуковой струйный излучатель. Излучатель выполнен в виде двух спиралей Архимеда, лопасти которых имеют противоположные направления и расположены друг между другом. Устройство дополнительно снабжено камерой переменного сечения, расположенной за струйным излучателем по ходу потока жидкого топлива. Камера имеет сужающуюся и расширяющуюся части. Минимальный диаметр камеры определяется соотношением, приведенным в описании.

Изобретение относится к системам топливоподачи энергетических установок, а именно к устройствам для обработки жидкого топлива, а более точно к устройствам для обработки жидкого топлива кавитацией в системе топливоподачи. Устройство может быть использовано при подготовке жидкого топлива для энергетических установок. Наиболее успешно изобретение может быть использовано при подготовке тяжелых низкосортных видов топлива.

Однако данное решение имеет следующие ограничения.

Устройство является сложным по конструкции и имеет ограниченное применение, так как горючий агент представлен жидкой фазой. Устройство не может быть применено, где в качестве агента используется горючий газ.

Кроме того, известное изобретение достаточно сложно в реализации. В качестве агента для образования кавитационных явлений имеет недостаточно эффективное средство - ультразвуковой струйный излучатель.

Задачей настоящей заявки является устранение перечисленных ограничений аналогов.

Техническим результатом является использование явления кавитации путем разрушения кавитационных зон в негорючей жидкости, образованных горючими агентами, пребывающими в жидкой или газообразной фазе.

Технический результат достигается способом образования кавитационных зон в потоке негорючей жидкости и управления их разрушением, включающий движущийся поток жидкости, средства для образования кавитационных зон в потоке жидкости, отличающийся тем, что жидкость является негорючей, кавитационные зоны образуют диспергированием горючего агента в негорючей жидкости, который импульсно или неимпульсно поджигают в потоке негорючей жидкости, с образованием при этом кавитационных явлений, которыми управляют при разрушении. В качестве горючего агента используют горючий газ. В качестве горючего агента используют горючую жидкость. В качестве горючего агента одновременно используют горючий газ и горючую жидкость.

Также технический результат достигается устройством для реализации способа, которое включает корпус для обработки негорючей жидкости, источник горючего агента, отличающееся тем, что имеется средство диспергирования горючего агента и средство импульсного или неимпульсного поджога горючего агента. Диспергирование горючего агента осуществлено электролизом жидкости. Поджог горючего агента с образованием кавитационных зон в потоке негорючей жидкости осуществлен импульсным или неимпульсным поджогом горючего агента с помощью средства, расположенного вне потока негорючей жидкости. Поджог горючего агента с образованием кавитационных зон в потоке негорючей жидкости осуществлен импульсным или неимпульсным поджогом горючего агента с помощью средства, расположенного в потоке жидкости.

Способ и устройство для его реализации иллюстрируется на чертеже, на котором показано: 1 - корпус устройства, 2 – средство импульсного или неимпульсного поджога горючего агента, 3 - электроды или источник газа либо жидкий горючий агент.

На фиг. 1 приведена схема, на которой условно обозначены цифрой 3 электроды или источник газа либо жидкий горючий агент.

При использовании электродов осуществляют электролиз воды для получения водорода. Для повышения эффективности процесса электролиза вместо воды используют солевой раствор. Образование пузырьков горючего газа в негорючей жидкости может быть получено не только электролизом, но также подачей в воду горючего газа из баллонов, в которых газ находится под высоким давлением. Подача газа в жидкость под давлением сопровождается эрлифтным эффектом (с использованием воздухоструйного насоса). Оптимальное соотношение объемов газа к жидкости 5:1. Появление пузырьков горючего газа в негорючей жидкости (диспергирование газа в негорючей жидкости) сопровождается образованием кавитационных полостей, заключенных в пузырьках газа, которые могут разрушаться при тепловом воздействии. Возникающие при этом значительные энергетические эффекты теплового воздействия описываются законом Л. Этвеша.

При образовании кавитационных явлений по закону Л. Этвеша в зоне взрыва (импульсного либо неимпульсного) с помощью средства импульсного или неимпульсного поджога любого типа 2 достигается температура свыше 650 К. При этих условиях в зоне контакта высокотемпературной газовой струи с водой действует закон Л. Этвеша: «При критической температуре, когда свойства пара и жидкости становятся одинаковыми и исчезает поверхность раздела фаз, все энергетические поверхностные характеристики системы стремятся к нулю»:

,

где σ - коэффициент поверхностного натяжения, V_m - молярный объем жидкости; K - константа Этвеша (константа Этвеша для всех жидкостей имеет значение 2,1⋅10⁷ Дж/K⋅моль^-2/3), Т_кр. - критическая температура жидкости, Т - температура жидкости.

Производительность обработки негорючей жидкости может достигать значений десятков м³/ч.

Устройство работает следующим образом. В поток негорючей жидкости, движущейся к магистрали в корпусе 1, подается горючей агент (газ или жидкость) 3, который диспергируется в потоке негорючей жидкости и на выходе из магистрали преимущественно импульсно поджигается (например, с помощью искрообразователя).

Возникает возможность управления разрушением кавитационных зон.

1. Способ образования кавитационных зон в потоке негорючей жидкости и управления их разрушением, включающий движущийся поток жидкости, средства для образования кавитационных зон в потоке жидкости, отличающийся тем, что жидкость является негорючей, кавитационные зоны образуют диспергированием горючего агента в негорючей жидкости, который импульсно или неимпульсно поджигают в потоке негорючей жидкости, с образованием при этом кавитационных явлений, которыми управляют при разрушении.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве горючего агента используют горючий газ.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве горючего агента используют горючую жидкость.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве горючего агента одновременно используют горючий газ и горючую жидкость.

5. Устройство для реализации способа по п. 1, включающее корпус для обработки негорючей жидкости, источник горючего агента, отличающееся тем, что имеется средство диспергирования горючего агента и средство импульсного или неимпульсного поджога горючего агента.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что диспергирование горючего агента осуществлено электролизом жидкости.

7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что поджог горючего агента с образованием кавитационных зон в потоке негорючей жидкости осуществлен импульсным или неимпульсным поджогом горючего агента с помощью средства, расположенного вне потока негорючей жидкости.

8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что поджог горючего агента с образованием кавитационных зон в потоке негорючей жидкости осуществлен импульсным или неимпульсным поджогом горючего агента с помощью средства, расположенного в потоке жидкости.