ВИХРЕВАЯ ТРУБА Российский патент 2001 года по МПК F25B9/04 

Изобретение относится к области устройства и работы вихревых труб, предназначенных для получения холодных или горячих потоков газа.

Известна вихревая труба, содержащая тангенциальное сопло с улиткой, камеру разделения, диафрагму и дроссель с отражателем.

Отражатель в такой трубе, в основном, выполняется плоским или в виде конуса [1, с. 6, рис. 1 и 2, с. 7, рис. 1.1]. Однако такая форма отражателя не обеспечивает плавного обтекания газового потока, а именно на поверхности отражателя происходит разворот в обратную сторону основной массы прямого пристеночного потока [1, с. 129, рис. 51], из которого формируется обратный холодный поток, обеспечивающий всю холодопроизводительность вихревой трубы. Произвольно организованные потоки газа, встречаясь с поверхностью отражателя, не согласованной с направлением движения газа, тормозятся, турбулизируются, мешают друг другу, что отрицательно сказывается на холодопроизводительности.

Получается, что известный отражатель создает излишнее (дополнительное) сопротивление движущемуся потоку, поэтому вихревая труба с таким отражателем имеет пониженную холодопроизводительность. Это является недостатком.

Задачей изобретения является уменьшение указанного недостатка за счет повышения холодопроизводительности вихревой трубы.

Поставленная задача решается выполнением отражателя чашеобразной (вогнутой) формы.

Фиг. 1 показывает устройство предлагаемой вихревой трубы. Вихревая труба содержит тангенциальное сопло (не показано) с улиткой 1, коническую камеру разделения 2, диафрагму 3 и дроссель 4 с проходными отверстиями 5 и с отражателем 6. Отражатель 6 выполнен чашеобразной (вогнутой) формы, причем чаша такого отражателя имеет заостренные края.

Работает такая вихревая труба следующим образом.

При подаче потока сжатого газа на улитку 1 он раскручивается, поступает в камеру разделения 2 и, прижимаясь под действием центробежных сил к ее конусной поверхности, продвигается в сторону дросселя 4. При подходе к дросселю вращающийся поток газа разделяется, при этом периферийный (горячий) слой уходит в зазор, образованный дросселем 4 и корпусом камеры разделения 2, после чего через отверстия 5 сбрасывается, например, в атмосферу.

Слои вращающегося газа, расположенные ближе к центру камеры разделения 2, вырезаются из основного потока заостренным краем отражателя 6, плавно обтекают его чашеобразную (вогнутую) поверхность и в центре (по оси камеры разделения 2) формируют обратный поток, который при движении к диафрагме 3, в результате известных теплообменных процессов [2, с. 11], выхолаживается и образует холодный поток, выходящий через диафрагму 3.

Заостренные края отражателя 6 позволяют легко вырезать (выделить) обратный поток, а благодаря вогнутости отражателя удается более четко сформировать этот поток.

В эксперименте выяснилось, что использование отражателя, выполненного в виде чаши с заостренными краями, позволяет на 8...12% повысить холодопроизводительность различных вихревых труб.

Однако анализ распределения поля скоростей формирующегося обратного потока на поверхности вогнутого отражателя показывает, что сходящиеся в центральной части чашеобразного отражателя потоки газа все равно взаимно турбулизируются, т. е. мешают друг другу, что отрицательно сказывается на холодопроизводительности. Это также является недостатком.

С целью уменьшения отмеченного недостатка в центре чашеобразного отражателя необходимо расположить фигурный выступ 7, имеющий обтекаемую форму, плавно сопрягающуюся с чашеобразным отражателем (фиг. 2). Благодаря наличию такого выступа 7 можно разнести (отделить друг от друга) встречно движущиеся потоки, формирующие обратный (холодный) поток, соединяя их вместе только после совпадения вектора скорости. Это дополнительно позволяет повысить холодопроизводительность, поскольку рассмотренные обводы внутренней поверхности отражателя 6, плавно переходящие в выступ 7, позволяют обеспечить наиболее благоприятные условия формирования обратного потока.

Однако обратный поток, сформированный из вращающегося прямого потока, продолжает вращаться и на выходе из отражателя. А это, как известно [1, с. 31], также снижает холодопроизводительность, что также является недостатком.

С целью уменьшения этого недостатка необходимо на отражателе 6 и на выступе 7 (фиг. 3, 4 и 5) разместить крестовину-развихритель 8 [1, с. 32, рис. 14].

С целью повышения эффективности, путем подачи дополнительного потока газа по оси горячего конца вихревой трубы [2, с. 29. рис. 2.2] выступ 7 имеет отверстие 9, расположенное по оси отражателя (фиг. 6 и 7). Такое отверстие может быть связано или с камерой 4 горячего потока вихревой трубы (фиг. 6), или иметь самостоятельный вход 10 от постороннего источника сжатого газа (фиг. 7).

Таким образом, выполнение отражателя вогнутой формы позволяет повысить холодопроизводительность (КПД) вихревой трубы. В этом состоит техническая сущность изобретения.

Литература
1. А.Д. Суслов, С.В. Иванов, А.В. Мурашкин, Ю.В. Чижиков. Вихревые аппараты. М.: - Машиностроение, 1985.

2. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: - Машиностроение, 1969.

Вихревая труба содержит тангенциальное сопло с улиткой, камеру разделения, диафрагму и дроссель с отражателем. Отражатель выполнен чашеобразной (вогнутой) формы. Отражатель может иметь заостренные края. В центре отражателя может быть расположен выступ. Выступ может иметь плавное сопряжение с вогнутой поверхностью отражателя и отверстие, расположенное по оси отражателя. Использование изобретения позволит повысить холодопроизводительность трубы. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Вихревая труба, содержащая тангенциальное сопло с улиткой, камеру разделения, диафрагму и дроссель с отражателем, отличающаяся тем, что отражатель выполнен чашеобразной (вогнутой) формы. 2. Вихревая труба по п.1, отличающаяся тем, что чашеобразный отражатель имеет заостренные края. 3. Вихревая труба по п.1, отличающаяся тем, что в центре чашеобразного отражателя расположен выступ. 4. Вихревая труба по п.3, отличающаяся тем, что выступ имеет плавное сопряжение с вогнутой поверхностью отражателя. 5. Вихревая труба по п.3, отличающаяся тем, что выступ имеет отверстие, расположенное по оси отражателя.