Вихревой излучатель Советский патент 1988 года по МПК B06B1/20 

Изобретение относится к акустике и предназначено для генерирования ко лебаний давления большой интенсивнос ти в газе и жидкости для интенсификации различных технологических процессов, особенно в,среде с большим давлением. Известны излучатели, использующие собственную энергию подводимого к ним газового и жидкостного потока. Однако они обладают низким КПД преобразования потенциальной энергии в колебательную и малой амплитудой генерируемых колебаний. Наиболее близким к изобретению по технической сущности .является вихревой излучатель, содержаций корпус с патрубком для подвода газа, газовое сопло и соосный с ним жидкостный завихритель. Недостатком этого излучателя явля ется низкая эффективность использования кинематической энергии проводимого газа. Цель изобретения - интенсификация колебаний давления. Это достигается тем, что лсидкостный завихритель снабжен цилиндричес кой камерой в виде акустического четвертьволнового резонатора с жидкостным соплом круглого сечения, образующим с корпусом газовую полость а с газовым соплом -кольцевую щель, утопленную в газовом сопле на величину с/, связанную с расстоянием S между внут ренними стенками газового ижидкостног сопл соотношением т- 1,2-3,6, Газовая полость выполнена в виде проточного резонатора Гельмгольца, размеры которого связаны с размерами камеры завихрения соотношением Fr iTVr где Ijt - длина камеры завихрителя .и жидкостного сопла; площадь газового сопла; длина газового сопла; объем газовой полости. На фиг,1 схематически показан предлагаемый излучатель, продольный разрез; на фиг,2 - то же, поперечный разрез; на фиг.З - представлена схем течения жидкости и газа по соплам излучателя. Вихревой излучатель содержит корпус 1, газовую полость 2, патрубок 3 подвода к корпусу воздуха с дроссельной шайбой 4 на входе в газовую полость и цилиндрическое газовое сопло 5 на выходе корпуса, соосно установленный в корпусе на пилонах 6 завихритель 7 с тангенциальными каналами 8 и цилиндрическим жидкостным соплом 9, установленным соосно газовому соплу с заглублением (f относительно его среза, и жидкостным коллектором 10, При подаче через патрубок 3 в полость 2 корпуса газ ускоряется в сопле 5 и истекает в пространство- в виде кольцевой струи. Никакой генерации регулярных колебаний при этом не происходит. При подаче в коллектор 10 жидкость приобретает вихревое течение в тангенциальных каналах 8 завихрителя 7, образует жидкостную пелену в сопле 9 и истекает с его среза в вире пелены. Без подачи газа жидкостная пелена попадает на кромку сопла 5 и диспергируется, на капли. При одновременной подаче газа и жидкости газовый поток огибает жидкостную пелену, а при соблюдении указанного соотношения размеров между диаметрами сопл и их относительным заглублением, при котором обеспечивается максимальное значение зависимости гидравлического сопротивления газового канала от величины отклонения жидкостной пены, наступает автоколебательный режим течения газа, взаимодействующего с жидкостной пеленой. Это проявляется в генерации на выходе из сопла колебаний давления, частота которых зависит от времени взаимодействия газа и жидкости, т.е. от абсолютных размеров сопл и перепадов давления на жидкостном и газовом трактах, а амплитуда составляет л10% от давления за соплом. Изза значительно большей инерционности жидкостной пелены по сравнению с газовым потоком она представляет собой динамическое препятствие, что и обусловливает большую амплитуду колебаний по сравнению с генерируемым вихревым свистком. Максимальное взаимодействие газового и жидкостного потока наступает при попадании жидкостной пелены на внутреннюю поверхность сопла вблизи его кромки.В этом случае достаточно небольшого повьшениядавления в газовом тракте, чтобы пелена отогнулась и образовала кольцевую щель для протока газа между собой и кромкой и сопротивление по газовому тракту резко упало бы. Это приводит к падению в нем давления, запиранию газового тракта жидкостной пеленой и т.д.

Экспериментальными исследованиями установлено, что амплитуда колебаний максимальна, если полость 2 корпуса 1 вместе с соплом 5 настроены на частоту автоколебаний, т.е. образуют резонатор Гельмгольца, Это минимизирует потери акустической энергии и создает оптимальные условия для существования колебаний.

При выполнении жидкостной камеры в виде четвертьволнового резонатора (длина ее равна 1/4 длины волны колебаний давления в газовой среде, например для колебаний с частотой

3,34

5000 Гц на воздухе «

500010

16,7 мм), и генерируемые колебания давления взаимодействуют с наполненной газом центральной частью жидкостной камеры, усиливаются (экспериментальные значения коэффициента усиле кия для реальных условий дают коэффициент усиления - 20-30) и проникают в жидкостный тракт, вызывая в нем колебания давления, существенно превышающие генерируемые в газовом тракте. Это свойство можно использовать для возбуждения интенсивных колебаний давления в жидкостном тракте.

Собственная частота четвертьволнового резонатора составляет

.-С

ы.

где С - скорость звука в газе; 1.J - длина резонатора,

Для достижения максимальной амплитуды автоколебаний собственные частоты четвертьволнового резонатора и резонатора Гельмгольца должны быть равны.

Собственная частота резонатора Гельмгольца составляет

JFr г-

где Ff. - проходное сечение газового

сопла;.

IT - длина газового сопла; Vf- - объем газовой полости. Приравнивая величины Wp u,Haxoдят оптимальное соотношение размеров генератора

.1ГЛ (j)

ЛМ

фаг. 2

1.ВИХРЕВОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ, содержащий корпус с патрубком для подвода газа, газовое сопло и соосный с ним жидкостный завихритель, отличающийся тем, что, с целью интенсификации колебаний давления, жидкостньй завихритель снабжен цилиндрической камерой в виде акустического четвертьволнового резонатора с жидкостным соплом круглого сечения, образующим с корпусом газовую полость, а с газовым соплом-кольцевую щель, утопленную в газовом сопле на величину <^, связанную с расстоянием S между внутренними стенками газового и жидкостного сопл соотношением-~ = 1,2 - 3,6 .2. Излучатель по п.1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что газовая полость выполнена в виде проточного резонатора Гельмгольца, размеры которого связаны с размерами камеры завихрения соотношениемl|__Fr 1г- Vr(J.^'i V 2 ' '(Лгде 1^- длина камеры завихрителя ижидкостного сопла; F^ - площадь газового сопла; Ij, - длина газового сопла; V - объем газовой полости.Ф•ЧО» О)L.^:y_m^^l:-rr^Qi

(Ри.г.3