Вихревая труба

Союз Советских Социалистических РекубликОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К, АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 07.05.79 (21) 2765643/23-06с присоединением заявки йо -(23) Приоритет -Р 1 з Г 25 В 9/02 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) ВИХРЕВАЯ ТРУБА тся к устройи нагреванияв системах конха, иможет бытьиционированияния. Иэобр ствам дл газов, в диционир использо воздуха ение относохлаждениясобенностиания воздуно для кондэкого давл 10 15 дующим Сж ловый20 н 25 Пр тиля п сечен пропор этому равна ра, ого Известны вихревые трубы для охлаждения и нагревания газа, содержащие установленный на выходе нагретого потока раскруточный диффузор с подвижной плоской задней стенкой. В этих трубах раскруточный диффузор служит для увеличения термодинамической эффективности вихревой трубы за счет уменьшения давления на оси. вихря, а также для регулирования расходов и температур путем продольного перемещения задней стенки диффузора Щ .Однако в известных вихревых трубах КПД раскрутбчного диффузора недостаточно высок из-за потерь энергии на образование вихревых зон в месте поворота потока при набега- нии последнего под прямым углом на заднюю плоскую стенку диффузора. Это обстоятельство снижает термодинамическую эффективность вихревой трубы. Известны также трубы, содержа- . щие тангенциальный сопловый ввод, диафрагму для выпуска холодного потока,камеру энергетического разде-, ления и соединенный с ней раскруточный кольцевой диффузор, образуемый внутренней поверхностью выходного конического участка камеры энергетического разделения и дроссельным вентилем, выполненным в виде прямолинейного конического обтекателя задней подвижной стенки диффузора 2 .Эти вихревые трубы работают слеобразом.атый газ поступает через сопввод в камеру энергетическо-. го разделеия, где разделяется на охлажденный и нагретый потоки. Охлажденный поток выходит через диафрагму, а нагретый поток проходит по каналу диффузора, омывая дроссельный вентиль. продольном перемещении в лощади входного и выходно й диффуэора изменяются пр ционально одна другой. По степень расширения диффуз отношению площадей выходи входного сечений, сохраняется постоянной при всех положениях вентиля,:Скорость нагретого потока газа вдиффузоре различна на разных режимахработы вихревой трубы. Эта скоростьувеличивается с ростом давлениясжатого газа и уменьшается с падением давления при фиксированномположении дросселя. Если давлениесжатого газа постоянно, то скоростьнагретого потока в диффузоре растет при перемещении дросселя в сто.рону соплового вводауменьшениеплощади сечения диффузора) и падаетпри перемещении дросселя в обратномнаправлении.Известно, что увеличение скорости газа приводит к уменьшению оптимальной степени расширения диффузора. В описываемой вихревой трУбестепень расширения диффузора сохраняется постоянной при переменной величине скорости газа, что снижаетКПД диффузора и,следовательно, уменьшает термодинамическую эффективность вихревой трубы на переменныхрежимах работы.Цель изобретения - повышение термодинамической эффективности напеременных режимах работы при значениях (О = 0,1 - 0,3 и (И = 0,5-0,8Указанная цель достигается тем,что обтекатель задней стенки .диффуэора имеет цилиндрический участок,длина которого составляет 0,1-0,3диаметра камеры энергетического разделения в сечении соплового ввода.На фиг. 1 изображена конструктивная схема описываемой вихревой трубы; на фиг. 2 - графики зависимостей полной и и промежуточной истепеней расширения раскруточногодиффузора от величины зазора междуподвижной и неподвижной стенками диффузора.Вихревая труба содержит тангенциальный сопловой ввод 1 для подачисжатого газа, диафрагму 2 для выпуска охлажденного потока, коническуюкамеру энергетического разделения3 диаметром Ов сечении сопловоговвода, имеющую выходной цилиндрический патрубок 4 диаметром Оо, соединенный с осерадиальным .раскруточным диффуэором 5. Диффузор образованпередней неподвижной стенкой б изадней подвижной стенкой 7, наружный диаметр которых 0 = 50 т, Между стенками б и 7 имеется осевой зазорЯ, величина которого зависит от режима работы вихревой трубы. Передняя стенка б диффузора сопряженас внутренней поверхностью патрубка 4 радиусом Р,1= 03 О. На задней стенке 7 диффуэора установлен соосно с патрубком 4 обтекатель 8, сопряженный со стенкой радиусомР=Р,1. Обтекатель имеет цилиндрическйй участок 9, расположенный наПоскольку диапазон оптимальныйвеличин степени расширения диффузора составляет 2 пй 4, рабочий диапазон величины зазора Р равен 0,11 с 0,2 (фиг,2 )Длина 1. цилиндрического участкаобтекателя не должна быть меньше рабочего диапазона изменения величи- О ны Г, и в то Же время должна оставаться возможно более короткой,обеспечивая оптимальную длину камеры энергетического разделения приумеренной длине вихревой трубы. Под этому величина 1. находится в пре 5 0 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 расстоянии К = Р от стенки 7. Длина цилиндрического участка составляет.1. = (0,1-0,3)0, а его диаметрОц=0,60,Внутренняя поверхность патрубка.4 и наружная поверхность цилиндрического участка 9 обтекателяобразуют кольцевой канал высотойЬ, которая сохраняется постояннойпри перемещении стенки 7 в рабочемдиапазоне величинЗаднюю стенку 7 и обтекатель 8можно перемещать в осевом направлении штоком 10, проходящим через стенку ресивера 11, расположенного на выходе из диффузора 5. На ресивере 11установлен дроссельный вентиль 12 длярегулирования расхода нагретого иохладенного потоков.Канал осерадиального диффузора 5имеет три характерные сечения:1) входное сечение А-А площадьюГА, 2) промежуточное цилиндрическоесечение Б-Б площадью ГБ и диаметромО, на котором расположены центры радиусов Р 1, 3) выходное цилиндрическое сечейие В-В площадью Гз и диаметром 08.Полная степень расширения диффузора составляет и = Гв/ГА, а промежуточная степень расширения п =Гв/ Гд,Площадь при любых положениях задней стенки 7 сохраняется постояннойввиду постоянства величин Оо , Ои Ь. Уменьшение зазорауменьшаетплощади ГБ и Гз и, следовательностепени расширения и и и (кривые13 и 14 на фиг. :). При значенииК,1 От площади Гд и ГБ становятся равными, поэтому в этом положении задней стенки и = 1. Дальнейшее уменьшение зазора Р приводит ктому, что площадь ГБ становитсяменьше площади ГА, и участок междусечениями А-А и Б-Б превращаетсяв конфузор с и с 1. В этом случаеначало диффузора перемещается изсечения А-А в сечение Б-Б и, ввидупропорциональности изменения площадей Г Г, степень расширенияднффузорнсго участка и = Г / ГБ сохраняется постоянной при изменениивеличины зазора 0(участок 15 нафиг. 2).делах 0,1-0,3 диаметра От вихревой трубы в. сечении соплового ввода.Вихревая труба работает следующим образом,Сжатый газ поступает через сопловый ввод 1 в камеру энергетического разделения 3, где образуются охлажденный и нагретый потоки. Охлажденный поток выходит иэ вихревой трубы через диафрагму 2, а нагретый поток поступает через патрубок 4 и диффузор 5, омывая обтекатель 8 с цилиндрическим участком 9, переднюю 6 и заднюю 7 стенки, в ресивер 11, иэ которого выходит через дросселъный вентиль 12.Требуемый расход нагретого и охлажденного потоков устанавливают вентилем 12, а оптимальную степень расширения диффузора получают перемещением с помощью штока 10 его задней подвижной стенки 7. При фиксированном положении вентиля .12 перемещение задней стенки 7 диффузора в рабочем диапазоне величин 0,14 Ы," не влияет на величину расхода газа через диффузор, так как минимальная по всему диффузорному каналу площадь входного сечения Г сохраняАется постоянной. При открывании вентиля 12 или увеличении давления сжатого газа перед вихревой трубой увеличиваются расход и скорость газа в диффузоре. В этом случае заднюю стенку диффузора перемещают в сторону соплового ввода, уменьшая, этим степень расширения диффузора в пределе до минимального значения и = 2 при= 0,1 кривая 13 на фиг. 2).Закрывая вентиль 12 или снижая давление сжатого газа перед вихревой трубой, уменьшают расход и скорость газа в диффузоре. В этом случае заднюю стенку диффузора перемещают в сторону от соплового ввода,увеличивая этим степень расширениядиффузора в пределе до максимального значения и = 4 при= 0,2.В связи с тем, что каждой величине скорости газа в диффузоре соответствует оптимальная степень расширения его, повышается термодинамическая эффективность вихревой трубына переменных режимах работы. Результаты экспериментального исследования показали, что в предлагаемой вихревой трубе разность температур исходного сжатого и охлажденного воздуха в диапазоне величин относитель-ного расхода охлажденного потока 15 0 = 03-0,1 на 6-30, а в диапа.зоне (И = 0,5-0,8 на 6-40 больше,чем в известной вихревой трубе с коническим обтекателем.2 аФормула изобретенияВихревая труба, содержащая камеруэнергетического разделения с сопловым вводом, диафрагмой и цилиндрическим выходным патрубком, к которому подсоединен кольцевой диффузор, имеющий подвижную заднюю стенку с обтекателем и дроссельный вентиль, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения термодинамической эффективности на переменных режимах работы при значенияхр=0,1-0,3 и=0,5-0,8, обтекательимеет цилиндрический участок, длинакоторого составляет 0,1-0,3 диаметра камеры энергетического разделения в сечении соплового ввода.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе40 1. Меркулов А.П. Вихревой эффекти его применение в технике. М.,807000 г ль Составите Лоя М Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,577 НИИПИ Государственногпо делам изобретени 13035 Москва, Ж,ртинчикКо екто В. Бутяг Подпискомитета СССРи открытийауюская наб., д