Вихревая труба Советский патент 1980 года по МПК F25B9/02 

(54) ВИХРЕВАЯ ТРУБА

I

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно - к охлаждаемым вихревым трубам с внутренним оребрением горячего конца, предназначенным для применения в транспортных вихревых холодильниках, воэдухоохладителях кондиционерах и т. д.

Известна вихревая труба, содержащая вихревые камеры, каждая из которыхt

подключена через сопловой ввод к газоподводящему каналу и к охлаждаемому горячему концу, сребренному с помощью диафрагм, чередующихся с кольцевыми шайбами с образованием щелей l.

Известные вихревые трубы компактньг ,5 и технологичны, изготовление развитого оребрения горячего конца осуществляется без применения малопроизводительных процессов пайки и сварки. Исследование температурно-энергетических характеристик у показало, что вихревые трубы при умеренных и малых отношениях давлений имеют существенно более высокую энергетическую эффективность, чем охлаждаемые

вихревые трубы других типов. Например, по удельной эксергетйческой холодбпроводительности такая маломасштабная вихревая труба (D-5 мм) при отношении давлений 3,О и 1,9 превосходит соответственно в .1,5 и 2,7 раза охлаждаемую вихревую труЬу с гладким (трубчатым) горячим концом. Следует подчеркнуть, что названное важное эксплуатационное преимущество достигается при сокращении длины горячего конца (т. е. габаритной длины вихревой трубы) в 2-3 раза: оптимальная длина камеры «нергетического разделения у вихревой трубы с внутренним оребрением составляет всего 10... 11 диаметров вихревой камеры, а не 20...30, как у обычных охлаждаемых вихревьк труб. Положительная особенность конструкций известной вихревой трубы состоит также в том, что поверхность внутреннего оребрения горячего конца может быть многократно увеличена без усложнения устройства. Например, в осуществленных устройствах коэффициент оребрения достигает 3. Й 27...80, что не сказалось, однако, ни на компактности, ни на затратах на изготовление. Таким образом, рассмотренная известная констр тсция в принципе открывает путь к уменьшению в десятки раз плотности теплового потока на тепловоспринимающей поверкности, омываемой горячими периферийными с леями вихревого потока, т. е, соответственно имеется ре- . зерв уменьшения необратимости, сопутствуюшей процессу охлаждения горячего кон ца, и дальнейшего повышения энергетичёской эффективности. Исследования и эксплуатация известной вихревой трубы показали, что колодопроизводитепьности достигается при ширине межреберных щелевых .каналов, не превышающей 10% от диаметра вихревой камеры, т, е. при весьма пустом оребрении. Уменьшение осевого шага оребрения (и ширинъ межребернык каналов) приводит к быстрому росту коэффициента оребрения и располагаемой (геометрической) пЬверкности ребер. Однако при этом величина поверхности, действительно омываемой высокоскорост ным горячим потоком, подлежащим охлаждению, растет незначительно из-за застойных явлений в удаленный от оси вихревой трубы участках узкихмежреберных каналов. ТаКИМ образом, имеется противоречие между большой располагаемой поверхностью внут реннего оребрения и ограниченной поверхностью, действительно использующейся . для теплоотвода от периферии вихревого потока. По-существу, эффективно смывается (и используется) вихрем лишь часть поверхнсюти внутреннего оребрения, непосредственнй примыкающая к полости горячего конца, преимущественно удаленная от оси вихревой трубы не более чем на два радиуса вихревой камеры. Более далекие от оси участки поверхности и главным образом корневые части кольцевых диафрагм, примыкающие к внутренней поверхности шайб, омываются круговым низкоскоростным вторичным потоком, температура которого мало отличается от температуры поверхности диафрагм иэ-за отсутствия притока и уноса этого потока. Цель изобретения - увеличение холодо производительности вихревой трубы. Поставленная цель достигается тем, что горячие концы расположены параллель но и сосбйены между собой через тлели, причем диафрагмы и шайбы выполнены обшими для всек горячих конпов, а газа77 ,. ,.4 подводящие каналы соединены между собой. В этой вихревой трубе, с целью создания пуяьсации потока, газоподводящие каналы могут быть снабжены струйным перекпючатепем. На фиг. 1 изображена предлагаемая вихревая труба с двумя викревыми камерами, продольный разрез: на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1. Вихревая труба содержит вихревые камеры 1, каждая из которык подключена через сопловой .ввод 2 к газоподводящему каналу 3 и к охлаждаемому горячему концу 4, оребренному с помощью диафрагм 5, чередующихся с кольцевыми шайбами 6 с образованием щепей 7. Горячие концы 4 расположены параллельно и сообгаены между собой, щелями 7. Диафрагмы 5 и шайбы б выполнены общими для всех горячих концов 4. Газоподводящие каналы 3 соединены между собой и снабжены струйным переключателем 8. Вихревые камеры 1 соединены с патрубками 9 выпуска холодного потока. Газоподводящие каналы 3 подключены к источнику сжатого воздуха патрубксяу 1О. Струйный переключатель включает управляющие каналы И, которые выведены в полости 12, охватывающие вихревые камеры 1. Охватываемая шайбой 6 зона диафрагМЬ1 5 может быть условно разделена на участки d, 6, в, участок б заключен между .охлаждаемыми концами 4, а участки ji и в удалены от них.Сжатый воздух из пневмосистемы по патрубку 1О и каналам 3 подается в полости 12 и по сопловым вводам 2 с высокой скоростью устремляется в вихревые камеры 1, приобретая при этом вихревой характер движения. Вихревьхе потоки заполняют охлаждаемые кониы 4, охлажденные возлеосевые слои выводятся к потре8 телю через патрубки 9, а нагретые периферийные слои омывают поверхность участков, в бив диа{)рагм 5 и отдают тепло среде, (длываюшей снаружи периферийные участки диафрагм 5, например воодуху, нагнетаеMcwy вентилятором. Конструктивные особенности предлагаемой вихревой трубы позволяют вовлечь в теплообмен практически всю поверхность внутреннего оребрения горячего конца. при этом попадающие в удаленную зону а порции газа увлекаются через зону б в зону в, а оттуда - в полости горячих концов 4. .Таким образом, во всех щелях 7 при работе вихревой трубы происходит непрерывная смена пориий газа и охлаждение их с последующим возвратом их в периферию вихревых потоков. Это приводит-к бопее эффективному охпаждеяию вих ревого потока, чем в известной вихревой трубе, и к соответствующему увепичению холодопроизводитепьности. Дтга дальнейшего увеличения холодопроизводитепьности при развитом внутреннем оребрении путем нестационарной подани сжатого воздуха к сопловым вводам 2 газоподводящие каналы 3 плавно разветвляют на выходе их из патрубка 10 для образования струйного, например биста- бипьного, переключателя 8, как это показано На фиг. 2. Поток воздуха попеременно примыкает то к левой, то к правой стенке переключателя 8 (из-за эффекта Коанда): при движении потока, npeHMymec венно по одному из каналов 3, давление в одной полости 12 становится выше, чем в другой полости 12, импульс давления п управляющему каналу 11 воздействует на поток в месте его разветвления, что приводит к перебросу потока в другой канал 3, вслед за этим повышается давление в другой полости 12. Такая работа переключателя 8 приводит к колебаниям давления в полостях 12, причем колебания эти происходят в противофазе. Соответственно этому происходят колебания давлений и в охлаждаемых, концах 4, что приводит к поочередному перетоку горячего потока из периферий одного вихревого потока к периферии другого по щелям 7. Такой радиальный переток газа наряду с рассмотренным окружным перетоком интенсифицирует теплоотдачу к падерхности внутреннего оребрения при минимальных затратах энергии на генерирование пульсаций. При давлении сжатого воздуха в пневмосети около 0,2 МПа переключатель 8 выполняется на частоту переключений 1...105 Гц при амплитуде колебаний давления в полостях 12 около 2 к Па. Частота переключений при заданной величине сечения вводов 2 зависит в основном от объема полостей 12 и увеличивается с его уменьшением. Площадь сечения каналов 3 выполняют, по крайней мере в несколько раз больше площади сечения вводов 2. Формула изобретения 1- Вихревая труба, содержащая вихревые камеры, каждая из которых подключена через сопловой ввод к газоподводящему каналу и к охлаждаемому горячему концу, оребренному с помошью диафрагм, чередующихся с кольцевыми шайбамйГ с образованием щелей, отличающаяс я тем, что, с целью повышения холодопройзводительности, горячие концы расположены параллельно и Сообщены между собой через шел и, причем диафрагмы и шайбы выполнены общими для всех горячих концов, а газоподводящие каналы соединены между собой. 2. Труба rfo п. 1, отличающ а я с я тем, что, с целью создания пульсаций потока, газоподводящие каналы снабжены струйньп переключателем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 561906, кл. F 25 В 9/О2, 1973.