Турбулизатор

и ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(2 1) 4833519/26 (22) 31.05;90 (46) 07,10.92. Бюл. М 37 (71) Научно-производственное обьединение "Сатурн" им. А,М.Люльки и Московский авиационный.институт им. СерГо Орджоникидзе (72) В.Г.Базаров и А.В,Андреев (56) В.В,Струминский, Проблемы турбулентных течений.М., Наука, 1977, с. 88-97, рис,1,Ю.М. Майзель. Камеры сгорания ВРД, М.; ВВЙА, 1959, с,60, рис,35.Патент США М 378650, кл,259-4, 1978,Авторское свидетельство СССР М 1209305, кл, В 05 В 1/34, 1984. (54) ТУРБУЛИЗАТОР (57) Изобретение относится к гидравлике и предназначено ддя получения в потоках жидкости и газа мелкомасштабных турбуф лентных регулярных структур в целях интенсификации тепломассопереноса при смешении разнородных .жидкостей, гомогенизации эмульсий -и стабилизации суспензий, Турбулизатор содержит установденное в корпусе 7 кольцо 1 с выполненными на его внешней 2 и внутренней 4 поверхйостях наклонными под различными углами к направлению канавками 3 и 5 Сумма глубин канавок превышает толщину кольца 1, в результате чего канавки образуют между собой в местах пересечения сквозные отверстия 6, Кольцо 1 установлено в корпусе 7 с кольцевым зазором, в нем установлен с зазором 1.1 обтекатель 10, а между:обтекателем 10 и корпусом 7 установлено несколько соосных,.колец, В одном иэ вариантов выполнения кольцо установлено вплотную к корпусу й обтекатедю, 4 э.п,флы,5 ил.ЮИзобретение относится к гидравлике ипредназначено для получения мелкомасштабных турбулентных регулярных структур впотоках жидкости и газа для интенсификации тепломассоперенаса при смешенииразнородных жидкостей, гомогенизацииэмульсий и стабилизации суспензий,И звестн ы турбули зато ры,содержащиеустановленное в потоке жидкости или газаплохооЪтекаемое тело в гиде угалкавогопрофиля, кольца или набора плохаобтекаемь х элементов,Недостатками известных устройств являются генерирование ими хаотичной турбулентности с крупномасштабнымиструктурами, которая вьзывает неоднозначность состава и поля скоростей потока,а также значительное гидрасапротивление,оказываемое турбулизаторам потоку,Известен турбулизатор в виде пологотела: - кольца, на внешней и внутреннейповерхностях которого выполнены канавкис противоположным направлением наклонак образующей кольца.Этот турбулизатор наиболее близок кописываемому по технической сущности,Он обеспечивает при соприкосновениивнешних и внутренних поверхностей нескольких полых тел образование в каналахи на их выходе мелкомасштабных вихревыхшнуров, определяющих структуру турбулентного потока.Недостатками прототипа является значительное гидросопротивление и ограниченные функциональные воэможности. Онне может образовывать наиболее эффективных и долгоживущих парных вихрей в потоке,Целью изобретения является повышение эффективности турбулизации потока;На фиг,1 представлен продольный разрез турбулизатара; на фиг,2 - развертка участка полого тела с наклонными канавками,на фиг.3 - сечение А - А на фиг,2 и схематечения жидкости; на фиг.4 - развертка ва рианта однонаправленной нарезки канавокна внешней и внутренней поверхностях палого тела; на фиг,5 - вид с торца на устройство на фиг.1,Турбулизатор (см, фиг.1) содержит кал ьцо 1, на внешней поверхности 2 котороговыполнена прямоугольная многозахаднаянарезка, образующая винтовые канавки 3глубиной Ь 1 и углом а с осью кольца 1, Навнутренней поверхности 4 кольца имеетсяпрямоугольная многозаходная нарезка, образующая винтовые канавки 5 глубиной 1 цим с углом а 2 относительно оси кольца 1,Сумма глубин п 1 и Ь 2 превышает толщину и кольца 1 так, чта канавки 3 и 5, пересекаясь,образуют ромбовидные отверстия 6. Кольцо1 установлено в корпусе 7 на пилонах 8 иможет образовывать с ним кольцевой зазор5 9, Внутри кольца 1 на пилонах 8 установленцентральный обтекатель 10, который можетобразовывать с внутренней поверхностью 4кольца 1 кольцевой зазор 11, Кольцо 1 турбулизатора мажет быть также установлено10 в корпус 7 и обтекатель 10 плотно, без зазоров. На внутренней поверхности корпуса 7может быть выполнена винтовая нарезка12, а на внешней поверхности обтекателя 10- винтовая нарезка 13. Между корпусом 7 и15 обтекателем 10 могут быть установлены несколько соасных колец 1 са скрещеннойвинтовой нарезкой,При подаче плохоперемешанного двухфазного потока в корпус 7 ан обтекает пило 20 ны 8 и поступает в винтовые канавки 3 и 5,а также в кольцевые щели 9 и 11. В каждомиз пересечений канавок 3 и.5, образующихотверстия 6, скрещенные потоки взаимодействуют мекду собой, образуя вихри 14.25 Незакрученный поток в кольцевом зазоре 9,взаимодействуя с потоками в винтовых канавках 3. образует в них вихри 15, закрученные в противоположном направлении поотношению к вихрям 14, Вместе вихри 14 и30 15 образуют устойчивую структуру- парныйвихрь, который истекает вместе с потокомиз канавок 3 и образует на выходе из турбу-лиэатара совокупность спиральных парныхвихрей. Аналогично происходит процесс35 взаимодействия потока,в канавках 5 с потокам в скрещенных с ними канавках 3 и незакрученным потоком в зазоре 11.Ширина зазоров 9 и 11 зависит от густоты нарезки, вязкости жидкости, наличия на 40 резки на корпусе 7 и абтекателе 10,При отсутствии нарезки на обтекателевеличина зазоров 9 и 11, преимущественно,составляет 0,26-0,8 т глубины Ь прилегающих канавок 3 или 5. При выполнении на45 корпусе 7 и абтекателе 10 нарезки, противоположна закрученной относительно канавок 3 и 5 соответственна, зазоры 9 и 11можно не делать, а устанавливать кольцо 1плотно в корпус 7, а обтекатель 10 - впрес 50 совать в кольца 1.Б этом случае на выходе из турбулизатора образуется турбулентнь 1 й поток, имеющий соосные ряды парных винтовых вихрей,окруженных с внешней и внутренней сторон55 рядам спиральных одиночных вихрей,Ввиду того, что канавки 3 и 5 перекрывают друг друга в пересечениях 6 на величину, равную разнице между суммой их глубин11+И и толщиной 1 кольца 1. взаимодействие потоков в них более интенсивное, пасравнению с взаимодействием между потоками в зазорах 9 и 11 и канавках 3 и 5.Вследствие этого парные вихри 14 и 15 в канавках 3 и 5 несимметричны и сами скручены в спираль. Наконец, поток в зазорах 9 и 11, взаимодействуя с потоком в канавках 3 и 5,приобретает некоторую общую закрутку. особенно в случае выполнения на корпусе 7 и на обтекателе 10 нарезки, выполненной в сторону прилегающих к ним канавок 3 и 5 кольца 1,В случае установки соосно нескольких колец 1 друг в друге в каналах 3 и 5 каждого кольца происходит образование парных вихрей за счет взаимодействия потоков в отверстиях 6 и в местах соприкосновения канавок 3 и 5 соседних колец, Здесь также эа счет более интенсивного взаимодействия потоков в отверстиях 6 парные вихри получают общую закрутку и образуют на выходе систему перекрученных спиральных, равномерно расположенных парных вихрей,Такая структура потока обеспечивает долгоживущую турбулентность заданного размерами канавок 3 и 5 масштаба, способствующую измельчению капель эмульсий и образованную на выходе гомогенизированной структуры. В местах пересечения каналов центробежные ускорения двухфазного потока достигают 10 ц, что при подаче жид 5кости приводит к периодическому появлению и схлопыванию кавитационных каверн внутри закрученного потока. Такой процесс обусловливает генерирование в потоке интенсивного ультразвукового широкополосного поля, которое содействует измельчению жидкостей на мелкие капли,резкой интенсификации процессов тепломассопереноса.В целом, описываемое выполнение тур 5 булизатора обеспечивает образование в потоке жидкости или газа мелкомасштабныхвихревых структур заданной конфигурации: и интенсивности.Формула изобретения10 1. Турбулизатор, содержащий устансвленное в корпусе кольцо, на внешней и внутренней поверхностях которого выполненыканавки с противоположным направлениемнаклона к образующей кольца, о т л и ч а ю 15 щ и й с я тем, что, с целью повышения"эффективности процесса турбулизации потока, канавки образуют в местах их пересечения в кольце сквозные отверстия.2. Турбулизатор по п.1, о т л и ч а ю щ и й 20 с я тем, что он снабжен обтекателем, установленным по оси кольца; а кольцо установленов корпусе с зазором,3. Турбулизатор по п.1 и 2, о т л и ч а ющ и й с я тем, чтона внутренней поверхно 25 сти корпуса и внешней поверхности обтекателя, выполнена винтовая нарезка,4. Турбулизатор по пп.1 и 2, отл и ча ющ и й с я тем, что оно снабжено дополнительными кольцами, коаксиально установ 30 ленными между корпусом и обтекателем,при этом кольца выполнены с наклоннымиканавками на внешней и внутренней поверхностях.5. Турбулизатор по п.1, о тл ич а ю щи й 35 с я тем, что кольцо установлено вплотную ккорпусу и обтекателю,1766477 Составитель й. КругловТехред М.Моргентал тор Т.Пал едактор С.Кулако Заказ 3498 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат" Патент",г.ужгород арина,10