Способ формирования жидкостной струи и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК F04F5/46 

Изобретение относится к струйной технике и может быть использовано при разработке струйных систем охлаждения специальных устройств, например, систем охлаждения твердотельных лазеров.

Цель изобретения - повышение скорости истечения жидкости.

На фиг.1 схематично изображен вариант устройства для формирования жидкостной струи, в котором подача порции жидкости осуществляется в середине канала разгона; на фиг.2 -сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - вариант устройства для формирования жидкостной струи, в котором подача порции жидкости осуществляется между ос- новным и дополнительным соплами.

Устройство для формирования жидкостной струи содержит подводящий трубопровод 1, сообщенный через обратный клапан 2 с каналом 3 разгона жидкости, на выходе которого установлено сопло 4, и с патрубками 5 подачи жидкости в канал 3 разгона. В канале 3 разгона установлены светопроз- рачная оболочка 6 с электродами 7, заполненная инертным газом, и коаксиально оболочке 6 с зазором относительно нее све- топоглощающая мишень 8. Электроды 7 соединены с источником питания 9 (см. фиг.З) через блок разрядных конденсаторов 10. Патрубки 5 подачи жидкости установлены тангенциально к каналу 3 разгона и снабжены дополнительными обратными клапанами 2. В другом варианте (см. фиг. 3) устройство снабжено дополнительным соплом 11, установленным в канале 3 разгона перед основным соплом 4. Сопло 4 и сопло 11 установлены соосно. В патрубках 5 подачи жидкости установлены дополнительные светопрозрачные оболочки 12 с электродами 13, заполненные инертным газом, и ко- аксиально оболочкам 12 с зазором относительно их установлены светопогло- щающие мишени 14. Выходные отверстия 15 патрубков 5 подачи жидкости подключены к каналу 3 между основным и дополни- тельным соплами 4, 11.

Жидкость по подводящему трубопроводу 1 через обратные клапаны 2 поступает в канал 3 разгона, причем жидкость, поступающая в канал 3 разгона через патрубки 5, расположенные тангенциально, закручивается вокруг основной струи, придавая последней вращательное движение. При срабатывании блока разрядных конденсаторов 10 между электродами 7 возникает электрический разряд. Поскольку свето- прозрачная оболочка 6 заполнена инертным газом, электрический разряд сопровождается мощной вспышкой света, В качестве инертного газа может быть использован ксенон, аргон, криптон и т.п. Свет, пройдя через кварцевое стекло светопроз- рачной оболочки 6 и жидкость, попадает на светопоглощающую мишень 8. Жидкость, которая непосредственно соприкасается со светопоглощающей мишенью 8, может разогреваться до температуры взрывного вскипания. Разогрев светопоглощающей мишени 8 можно оценить как

дт- C-p -V/c-t где а-коэффициент поглощения;

I - интенсивность излучения, Вт/м ;

t - длительность импульса, с; р- плотность светопоглощающей мишени;

С - теплоемкость светопоглощающей мишени, Дж/кг С;

к- коэффициент температуропроводности, м /с.

Импульсный разогрев светопоглощающей мишени 8 и прилегающего слоя жидкости до температуры взрывного вскипания приводит к резкому повышению давления в канале 3 разгона. Обратные клапаны 2 закрываются и закрученная струя жидкости выталкивается через основное сопло 4.

В другом варианте (см. фиг.З) процесс усилен. Увеличена скорость струи перед основным соплом 4 за счет установки дополнительного сопла 11. Увеличена интенсивность закрутки струи за счет увеличения скорости подачи порции жидкости из патрубков 5.

Изменяя емкость или, что удобнее, напряжение на клеммах разрядных конденсаторов 10, можно изменять характеристики электрического разряда, а следовательно, и интенсивность (плотность) излучения.

При интенсивности излучения менее 10 Вт/см разогрев светопоглощающей мишени 8 не достигает температуры взрывного вскипания, не наблюдается резкого повышения давления в канале 3 разгона, а следовательно, и не реализуется выброс струи. При интенсивности излучения свыше 10 Вт/см2 наблюдается снижение ресурса светопрозрачной оболочки 6, растет вероятность ее механического разрушения. Световая вспышка от электрического разряда характеризуется генерацией электромагнитного излучения с длиной волны от 100 до 1500 Нм. Время разряда в с наиболее характерно для осуществления разряда, Снижение длительности импульса повышает интенсивность излучения и, следовательно, облегчает условия для перегрева светопоглощающей мишени 8 и выброса струи. Для обеспечения дозированного выброса струи жидкости наиболее приемлемым является одиночный импульс. Для обеспечения непрерывности струи жидкости целесообразно использовать частотный режим. При частоте 100 Гц возможно суще- ствование нежелательного режима. Паровая полость, возникающая от предыдущего импульса, может интенсивно рассеивать свет на границе раздела пар - жидкость и снижать эффективность выброса струи. При частоте повторения импульсов ниже 100 Гц паровая полость от предыдущего импульса успевает схлопнуться и последующий световой импульс снова попадает на светопог- лощающую мишень 8.

Формула изобретения

1. Способ формирования жидкостной струи, включающий подачу жидкости в со- пло и создание в жидкости импульсного электрического разряда для подачи жидкости потребителю, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости истечения жидкости, электрический разряд осуществ- ля ют в среде инертного газа с выделением света и последующим его преобразованием в тепловую энергию, причем интенсивность излучения света поддерживают в диапазоне 103-105 Вт/см2, длительность импульса , длину волны - 100-1500 Нм и частоту повторения импульсов 1-100 Гц.

2.Устройство для формирования жидкостной струи, содержащее канал разгона жидкости, подводящий трубопровод, подключенный к каналу через обратный клапан, сопло, установленное на выходе канала, и источник питания с блоком разрядных конденсаторов, подключенный к размещенным в канале электродам, отличающееся тем, что устройство снабжено светопроз- рачной оболочкой заполненной инертным газом, светопоглощающей мишенью и патрубками подачи жидкости с дополнительными обратными клапанами, при этом электроды установлены в оболочке, последняя размещена в канале разгона жидкости, светопоглощающая мишень установлена с зазором коаксиально оболочке, а патрубки подачи жидкости на входе подключены к трубопроводу и на выходе тангенциально к каналу.

3.Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что оно снабжено дополнительным соплом, установленным в канале разгона жидкости соосно основному соплу, патрубки снабжены дополнительными светопроз- рачными оболочками, заполненными инертным газом, электродами, размещенными в последних, и светопоглощающими мишенями, установленными с зазором коаксиально дополнительным оболочкам,при этом патрубки подключены к каналу между основным и дополнительным соплами.

Использование: при разработке стройных систем охлаждения твердотельных лазеров. Сущность изобретения: жидкость подают в сопло и создают в ней импульсный электрический разряд для подачи жидкости потребителю. Электрический разряд осуществляют в среде инертного газа с выделением света и последующим его преобразованием в тепловую энергию. Подводящий трубопровод (1) подключен к каналу (3) разгона жидкости через обратный клапан (2). Сопло (4; установлено на выходе канала (3). Источник питания с блоком разрядных конденсаторов подключен к размещенным в канале (3) электродам (7). Светопрозрачная оболочка (6) заполнена инертным газом. Электроды(7)установлены в оболочке (6). размещенной в канале (3). Светопоглощающая мишень (8) установлена с зазором коаксиально оболочке (6). Патрубки (5) подачи жидкости на входе подключены к трубопроводу (1), на выходе-тангенциаль- но к каналу (3). 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил. СП с XI Гь о х| Ч) Ч)

ФИГ. 2

13 14- 12

Фиг. 3