Вихревая труба

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскиа

Социалистических

Республик (li)735877 (6! ) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено 19.12,77 (2l ) 2555883/23-06 (5! ) М. Кл.

F 25 В 9/02 с присоединением заявки ¹â€”

Геоударстееиимй комитет (23) Приоритет дв делам изоеретеиий и открытий

Опубликовано 25.05.80. Бюллетень № 19 (53) УЯК 621.565.. 3(088.8) Дата опубликования описания 28.05.80 (72) Автор изобретении

A. И. Азаров

Одесский технологический институт холодильной промыш пенности (i3) Заявитель (54) ВИХРЕВАЯ ТРУБА

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно — к охлаждаемым вихревым трубам с внутренним оребрением горячего конца, предназначенным для применения в транспортных вих5 ревых холодильниках, воздухоохладителях кондиционерах и т. д.

Известна вихревая труба, содержащая вихревые камеры, каждая из которых подк почена через сопловой ввод к газот0 подводящему каналу и к охлаждаемому горячему концу, оребренному с помощью диафрагм, чередующихся с кольцевыми шайбами с образованием щелей (1).

Известные вихревые трубы компактны и технологичны, изготовление развитого оребрения горячего конца осуществляется без применения малопроизводительных процессов пайки и сварки. Исследование температурно-энергетических характеристик 0 показало, что вихревые трубы при умеренных и малых отношениях давлений имеют существенно более высокую энергетическую эффективность, чем охлаждаемые вихревые трубы других типов. Например, по удельной эксергети«еской холодбпроводительности такая маломасштабная вихревая труба (D =5 мм) при отношении давлений

3,0 и 1,9 превосходит соответственно в

1,5 и 2,7 раза охлаждаемую вихревую труоу с гладким (трубчатым) горячим концом. Следует подчеркнуть, что названное важное эксплуатационное преимущество достигается при сокращении длины roри«его конца (т. е. габаритной длины вихревой трубы) в 2-3 раза: оптимальная длина камеры нергетического разделения у вихревой трубы с внутренним оребрением составляет всего 10...11 диаметров вихревой камеры, а не 20... 30, как у обычных охлаждаемых вихревых труб. Iloложительная особенность конструкции известной вихревой трубы состоит также в том, что поверхность внутреннего оребрения горячего конца может быть многократно увеличена без усложнения устройства. Например, в осуществленных устройствах коэффициент оребрения достигает

735877

27...80, ч1о не сказалось, однако, ни на компактности, нн на затратах на изготовление. Таким образом, рассмотренная известная конструкция в принципе открывает путь к уменьшению в десятки раз плотности теплового потока на тепловоспринимающей поверхности, омываемой горячими периферийными слоями вихревого потока, т. е. соответственно имеется ре . зерв уменьшения необратимости, сопутсч l0 вующей процессу охлаждения горячего конца, и дальнейшего повышения энергетической эффективности.

Исследования и эксплуатация известной вихревой трубы показали, что максимум холодопроизводительности достигается при ширине межреберных щелевых каналов, не превышающей 10% от диаметра вихревой камеры, т. е. при весьма пустом оребрении". Уменьшение осевого шага оребрения (и ширины межреберных каналов) приводит к быстрому росту коэффициента оребрения и располагаемой (геометрической) поверхности ребер.

Однако при этак величина поверхности, действительно омываемой высокоскоростным горячим потоком, подлежащим охлаждению, растет незначительно из-за застой. ных явлений в удаленный от оси вихревой трубы участках узких межреберных каналов. Та- З0 ким образом, имеется противоречие между большой располагаемой поверхностью внутреннего оребрения и ограниченной поверх- . ностью, действительно использующейся для теплоотвода от периферии вихревого потока. По-существу, эффективно омывается (и используется) вихрем лишь часть поверхности внутреннего оребрения, непосредственнО примыкающая к полости

40 горячего конца, преимущественно удаленная от оси вихревой трубы не более чем на два радиуса вихревой камеры, Более далекие от оси участки поверхности и главным образом корневые части кольцевых диафрагм, примыкающие к внут45 ренней поверхности шайб, омываются

1 круговым низкоскоростным вторичным потоком, температура которого мало отличается от температуры поверхности диаф50 рагм из-за отсутствия притока и уноса этого потока.

Цель изобретения — увеличение холодопроизводительности вихревой трубы.

Поставленная цель достигается тем, что горячие концы расположены параллель55» но и сообщены между собой через щели, причем диафрагмы и шайбы выполнены общими для всех горячих коннов, а газоподводящие каналы соединены между собой. В этой вихревой трубе, с целью создания пульсации потока, газоподводящие каналы могут быть снабжены. струйным переключателем.

На фиг. 1 изображена предлагаемая вихревая труба с двумя вихревыми камерами, продольный разрез: на фиг, 2 — разрез Л-Л на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез

Б-Б на фиг. 1.

Вихревая труба содержит вихревые камеры 1, каждая из которых подключена через сопловой ввод 2 EE газоподводящему каналу 3 и к охпаждаемому горячему концу 4, оребренному с помощью диафрагм 5, чередующихся с кольцевыми шайбами 6 с образованием щелей 7. Горячие концы 4 расположены параллельно и сообщены между собой щелями 7. 1Ьафрагмы

5 и шайбы 6 выполнены общими для всех горячих концов 4, Газоподводящие каналы

3 соединены между собой и снабжены струйным переключателем 8. Вихревые камеры 1 соединены с патрубками 9 выпуска холодного потока. Газоподводящие каналы 3 подключены к источнику сжатого воздуха патрубком 10. Струйный переключатель включает управляющие каналы 11, которые выведены в полости

12, охватывающие вихревые камеры 1.

Охватываемая шайбой 6 зона диафрагмы 5 может быть условно разделена на участки д, б, s участок б заключен между охлаждаемыми концами 4, a участки а и в удалены от них.

Сжатый воздух из пневмосистемы. по патрубку 10 и каналам 3 подается в полости 12 и по сонловым вводам 2 с высокой скоростью устремляется в вихревые камеры 1, приобретая при этом вихревой характер движения. Вихревйе потоки заполняют охлаждаемые KoHHbE 4, охлажденные возлеос евые слои выводятся к потребй телю через патрубки 9, а нагретые периферийные слои омывают поверхность участков е б и а диафрагм 5 и отдают тепло среде, омывающей снаружи периферийные участки диафрагм 5, например воздуху, нагнетаемому вентилятором.

Конструктивные особенности предлагаемой вихревой трубы позволяют вовлечь в теплообмен практически всю поверхность внутреннего оребрения горячего конца, при этом попадающие в удаленную зону а порции газа увлекаются через зону б в зону s, a оттуда — в полости горячих концов 4..Таким образом, во всех щелях

7 при работе вихревой трубы происходит

735&77 мальных затратах энергии на генерирование пульсаций.

При давлении сжатого воздуха в пневмосети около 0,2 ИПв переключатель 8 выполняется на частоту переключений

1...100 Гц при амплитуде колебаний давленин в полостях 12 около 2 кПа. Частота переключений при заданной величине сечения вводов 2 зависит в основном от объема полостей 12 и увеличивается с его уменыпением. Площадь сечения каналов 3 выполняют по крайней мере в несколько раз больше плсапади сечения вводов 2.

Формула изобретения

1. Вихревая труба, содержащая вихревые камеры, каждая из которых подключена через сопловой ввод к гвзоподводящему каналу и к ахлаждаемому горячему концу, оребренному с помощью диафрагм, чередующихся с кольцевыми шайбами с образованием щелей, о т л и ч в ю щ а я - . с я тем, что, с целью повышения холодопроиэводительности, горячие концы расположены параллельно и сообщены между собой через щели, причем диафрагмы и шайбы выполнены общими для всех горячих концов, а газоподводящие каналы соединены между собой.

2. Труба по п. 1, о т л и ч а ю—

m а я с я тем, что, с целью создания пульсаций потока, газоподводящие каналы снабжены струйным переключателем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 561906, кл. F 25 В 9/02, 1973. непрерывная смена порций газа и охлаждение их с последующим возвратом их в периферию вихревых потоков. Это приводит к более эффективному охлаждению вихревого потока, чем в известной вихревой трубе, и к соответствующему увеличению холодопроизводительности.

Для дальнейшего увеличения холодопроиэводительности при развитом внутреннем оребрении путем нествционарной пода- 1О чи сжатого воздуха к сопловым вводам 2 газоподводящие каналы 3 плавно passersляют на выходе их из патрубка 10 для образования струйного, например бистабильного, переключателя 8, как это показано на фиг. 2. Поток воздуха попеременно примыкает то к левой, то к правой стенке переключателя 8 (из-за эффекта

Коанда): при движении потока, преимущес1 венно по одному из каналов 3, давление в одной полости 12 становится выше, чем в другой полости 12, импульс даЪления по управляющему каналу 11 воздействует на поток в месте его разветвления, что приводит к перебросу потока в другой канал

3, вслед за этим повышается давление в другой полости 12. Такая работа переключателя 8 приводит к колебаниям дав- ! пения в полостях 12, причем колебания эти происходят в противофазе. Соответственно этому происходят колебания aastteний и в охлаждаемых концах 4, что приводит к поочередному перетоку горячего потока из периферии одного вихревого потока к периферии другого по щелям 7.

Такой "радиальный переток газа наряду с рассмотренным окружным перетоком интенсифицирует теплоотдачу к поверхности внутреннего оребрения при мини73:>977 фрг. 5

Составитель Ю, Кипимник

Редактор Т. Зубкова 1ехредМ. Петко Корректор Ю. Макаренко

Закю 2401/30 Тираж 575 Подписное

13НИИПИ Государственного комитета СССР по делам иаобретений и открытий

1,13035, -Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

1 фипиап ППП "Патент", г. Ужгород, уп. Проектная, 4