|
Трубка Ранке-Хильша Работая над совершенствованием циклонов для очистки газов от пыли, французский инженер Джозеф Ранке заметил, что струя газа, выходящая из центра циклона, имеет более низкую температуру, чем исходный газ, подаваемый в циклон. Уже в конце 1931 г. Ранке подаёт заявку на изобретенное устройство, названное им «вихревой трубой». Но получить патент ему удаётся только в 1934 г., и то не на родине, а в Америке (Патент США № 1952281). Уже после второй мировой войны — в 1946 г, немецкий физик Роберт Хильш значительно улучшил эффективность вихревой «трубки Ранка». Однако отсутствие теоретического обоснования вихревых эффектов отложило техническое применение открытия Ранка-Хильша на десятилетия.
Основной вклад в развитие основ вихревой теории в нашей стране в конце 50-х — начале 60-х годов прошлого столетия внес профессор Александр Меркулов. Парадокс, но до Меркулова никому и в голову не приходило запустить в «трубку Ранка» жидкость. Рис1. Вихревая трубка Экспериментальными исследованиями Ранка в 1933 г. было установлено, что вихревой поток воздуха у оси и на периферии циклона имеет различную температуру. Спутся 13 лет открытие Ранка было подтверждено Хильшем на примере вихревой трубы. В настоящее время вихревые охладители в силу простоты конструкции и эксплуатации имеют широкий диапазон применения. Охлаждающей средой, применяемой в вихревых охладителях, могут быть воздух, гелий, природные газы и др. Однако воздух является наиболее распространенным хладагентом.
Вихревая труба (Рис.2 ) обычно имеет цилиндрический корпус 1, внутри которого расположена диафрагма 2. Рядом с ней тангенциально размещен патрубок — сопло 3. В противоположном (горячем) конце трубы расположен дроссельный вентиль 4.
Рис2.
Вихревой эффект несмотря на довольно продолжительный срок исследований до сих пор не имеет единого, признанного всеми, научного объяснения. В сопло 3 подается сжатый воздух. Попадая по касательной в трубу 1 завихряется и приобретает кинетическую энергию. Воздух двигается в вихревом потоке с различной угловой скоростью. У оси трубы скорость вращения больше, чем на периферии. Поэтому внутренние слои воздуха, отдавая кинетическую энергию внешним слоям, охлаждаются до температуры tх и выходят через диафрагму 2. Нагретый до температуры tг воздух выходит через свободный конец трубы. Расход и температура воздуха регулируются дроссельным вентилем 4. Температура охлажденного воздуха зависит от его начальных параметров — давления и температуры, а также от конструкции устройства. При давлении P = 0,4…1 МПа и температуре tн = 20оС воздух может быть охлажден до конечной температуры tх = -80…0оС. О.Н. Аликина, Е.Л. Тарунин г. Пермь, Пермский ГУ
Эффект Ранка широко известен. Рис.1. Геометрия расчетной области Работа является продолжением [3], в которой использовалась упрощенную модель — сжимаемость газа учитывалась только при вычислении температуры. Решение задачи находится из решения полных уравнений Навье-Стокса (течение полагается осесимметричным). По сравнению с [3] рассматривается расширенная область на выходах вихревой трубки. Вычисления производятся в естественных переменных. Используемые разностные схемы используют аппроксимацию против потока и позволяют получить устойчивое решение. Геометрия расчетной области приведена на рис.1. Как видно область имеет большое число геометрических параметров — длина вихревой трубки L=L4-L1, длина выхода диафрагмы L1, ширина входного потока (L3-L2), длина дросселя (L-L4), радиус диафрагмы R1, внутренний радиус дросселя R2, радиус самой трубки R и многие другие. Результаты вычислений показывают, что вблизи входа закрученного потока образуется вихревая зона. Необходимо отметить, что существование этой зоны признано спорным в литературе. Выяснено, что пограничный слой для азимутальной компоненты скорости требует сетки с большим числом узлов по радиусу. Работа поддержана грантом РФФИ № 99-01-01281. Литература: 1. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике — Москва, 1969.-183 с. 2. Гуцол А.Ф. Эффект Ранка. — Успехи физических наук, 1997, т. 167, №6, с.665-687 3. Любимов Д.В., Тарунин Е.Л., Ямшинина Ю.А. Теоретическая модель эффекта Ранка-Хилша. — Пермь: Пермский университет//научный журнал «Математика». №1, 1994, сс. 162-177. Рисунок 6.1 Название процесса: Расширение газа в адиабатной вихревой трубке Ранка-Хилша. Формула процесса: s=Const. Суть процесса: При вихревом движении газа слои, которые ближе к центру, имеют температуру ниже, чем слои, которые дальше от центра.
В 1931 г. французский ученый Ж. Ранк обнаружил эффект температурного разделения газового потока при его вихревом течении. Схема устройства для реализации эффекта Ранка приведена на рисунке 6.1. Сжатый газ подается через тангенциальное сопло 1 в улитку 2, где устанавливается интенсивное круговое течение. При этом возникает неравномерное поле температур. Слои газа, находящиеся вблизи оси, оказываются более холодными, чем входящий газ, а периферийные слои закрученного потока нагреваются. Часть газа m в виде холодного потока отводится через диафрагму 3, насадок 4 и щелевой диффузор 8, а другая часть (1-m) нагретого газа отводится через насадок 5 и лопаточный диффузор 6 с сеткой7. Такая схема вихревой трубы близка к оптимальной. Более простые конструкции выполняются без диффузоров. Работу вихревой трубы можно регулировать дроссельной заслонкой на теплом потеке.
Если часть газа m оказалась после расширения более холодной, а другая часть (1- m ) более горячей, это значит, что часть энергии потока m передана потоку (1- m ), поэтому вихревую трубу иногда называют энергетическим разделителем потока. Холодопроизводительность вихревой трубы: Понижение температуры холодного потока даже в лучших конструкциях вихревых труб достигает только 50-55% от разности температур в изоэнтропийном процессе. Отношение понижения температуры холодного потока к к разности температур в изоэнтропийном процессе часто называют температурной эффективностью вихревой трубы. Если, кроме того, учесть, что холодный поток составляет всего 25-30%, то становится очевидной низкая эффективность вихревой трубы как генератора холода. Однако ее конструктивная простота в некоторых случаях играет определяющую роль, особенно, когда экономические соображения не являются решающими.
На рисунке 6.2 приведена схема простого однокаскадного цикла с вихревой трубой и условно изображены рабочие процессы в диаграмме T-s.
Рисунок 6.2
Исследования вихревого эффекта, вихревых труб и использующих их установок нашли наиболее полное отображение в работах профессоров В. С. Мартеновского, В. П. Алексеева, А. П. Меркулова и В. И. Метенина.
Библиография
Подсказка: в 70-е годы на некоторых поездах рижского направления были установлены 14-ти(позже 15-ти)литровые холодильники для машинистов, работавших на этом принципе. Я узнал про эту технологию как VORTEX, наверняка исследования Ранке укладываются в это общее русло. Спасибо за участие в обсуждении! – Это называется вихревая труба Ранке. Устройство ее можете посмотреть здесь http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=2341 в самом низу. А лучше сами сделайте поиск на тему «вихревая труба Ранке» или «вихревой теплогенератор» и получите массу ссылок. Работая над совершенствованием циклонов для очистки газов от пыли, французский ученый Жорж Ранке заметил, что струя газа, выходящая из центра циклона, имеет более низкую температуру, чем исходный газ, подаваемый в циклон. Уже в конце 1931 г. Ранке подал заявку на изобретенное устройство, названное им «вихревой трубой». Но когда он делал доклад на эту тему на заседании Французской Академии Наук, его коллеги с недоверием и даже враждебностью отнеслись к этому открытию, ибо по их мнению работа вихревой трубы, в которой происходило разделение подаваемого в нее воздуха на горячий и холодный потоки, противоречила законам термодинамики. Тем не менее, вихревая труба работала и позже нашла широкое применение во многих областях техники, в основном для получения холода. И лишь в 1946 г. немецкий физик Р. Хильш опубликовал работу об экспериментальных исследованиях вихревой трубы, в которой дал рекомендации для конструирования таких устройств. С тех пор их иногда называют трубами Ранке-Хильша. Эта вихревая труба была положена в основу первых теплогенерирующих установок. Сейчас общепринято считать, что внутри вихревой трубы происходит самопроизвольное разделение воздушного потока на горячий и холодный. Я пытался выяснить механизм данного явления у специалистов, работающих в данной области, но внятного ответа ни от кого не получил. Строго говоря, никто не знает, почему так происходит. Поэтому могу предложить свою личную точку зрения. Когда в цилиндрическую трубу по касательной к ее внутренней поверхности подается поток сжатого воздуха, он движется по окружности и под действием центробежных сил прижимается к поверхности. Возникают достаточно большие силы трения, которые тормозят поток и нагревают его. Поэтому на стенках камеры выделяется тепло и пристенный слой воздуха нагревается. А по центру он охлаждается и-за разрежения. Воздух то подается в камеру сжатым, а при сбросе давления температура газа всегда падает. А в центре царит как раз пониженное давление потому, что центробежные силы оттягивают воздух от центральной зоны. Вот теперь поставьте на эту камеру два патрубка — один по центру камеры с одной ее стороны, другой на боковой поверхности с другой — и вы получите два разделяющихся потока разной температуры. Откуда берется тепло на боковой поверхности вихревой камеры? Я считаю, чтот оно поступает из физического вакуума или, как его раньше называли, эфира. Я как раз работаю в этой области и знаю, что вытащить энергию из эфира можно, если создать очень большую неравномерность движения. А в вихревой трубе именно это происходит. Во-первых, воздух в ней движется по окружности, а такое движение является неравномерным, т.к. здесь постоянно меняется вектор движения. Во-вторых, воздух резко тормозится из-за трения в трубе. Объединение двух неравномерных видов движения — вращательного и замедляющегося — приводит к заметному выбросу энергии из физвакуума. – Аэродиномическая труба с разделением потоков,эффект достигается при резком расширении рабочей среды – Сынок, на этом принципе работают все холодильники. Тебе повезло, ты увидел это воочию, завидую. – Все проще! Там на развилке сидит Демон Максвелла и сортирует: горячие — налево, холодные — направо! |
Нижеприведенная гипотеза базируется на передаче кинетической энергии в потоке завихренного воздуха.
Он выражается в разделении закрученного потока газа на два, один из которых — центральный — имеет температуру ниже температуры входящего потока, другой — периферийный — соответственно — выше [1]. Ранк обнаружил эффект в 1931г. но до сих эффект и связанные с ним явления энергоразделения привлекают внимание исследователей [2]. Полное описание процессов в вихревых аппаратах должно основываться на уравнениях движения и переноса тепла сжимаемым газом. Вихревые аппараты прельщают своей простотой и широко используются в технике не только как разделители, но и как вакуум-насосы, осушители, сепараторы. При всех своих достоинствах вихревые трубки имеют большой недостаток — низкий коэффициент полезного действия. Поэтому работы в области поиска оптимальных параметров особенно актуальны.
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ В ВИХРЕВОЙ ТРУБЕ РАНКА-ХИЛША
Введение
В настоящее время преобразование тепловой энергии на основе вихревого эффекта становится актуальным. Эффект Ранка-Хилша или вихревой эффект впервые был обнаружен в конце 20-х годов французским инженером Жозефом Ранком при измерении температуры в промышленном циклоне, исследованиями вихревого аппарата занимался Роберт Хилш. Данный эффект характеризуется разделением жидкости или газа при закручивании в цилиндрической или конической камере на две части. В центральном закрученном потоке наблюдается снижение температуры, тогда как на периферии повышение температуры. Актуальность исследования данного эффекта заключается в том, что вихревая труба Ранка-Хилша, при сравнительно технической простоте изготовления, позволяет достичь большой степени температурного разделения потока. Также, рассматриваемое устройство является экономным, безопасным, компактным и надёжным в промышленной эксплуатации.
В настоящее время в связи с повышением внимания к экологии и энергосбережению вопрос о создании крупномасштабных холодильно-нагревательных систем на базе вихревой трубы становится все более актуальным. Единственным ограничивающим фактором здесь является недостаточно высокая энергетическая эффективность данных устройств.
Физическая постановка задачи
Процесс энергоразделения в вихревой трубе, показанной на рисунке 1, рассматривается при следующих допущениях: течение газа является стационарным, турбулентным, закрученным и осесимметричным; среда представляет собой идеальный вязкий сжимаемый газ.
Газ поступает в трубу через завихритель. В процессе закрутки потока газ разделяется на холодный, вытекающий из вихревой трубы через сопло 2, и горячий, вытекающий через сопло 3.
Геометрические параметры вихревой трубы приведены на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема вихревой трубы.
Математическая постановка задачи
Для математического описания двумерного течения газового потока в вихревой трубе используются следующие уравнения:
1) уравнение неразрывности
2) уравнение баланса импульса в продольном направлении
3) уравнение баланса импульса в радиальном направлении
4) уравнение баланса импульса в окружном направлении
5) уравнение баланса энергии
6) уравнение баланса кинетической энергии турбулентных пульсаций
7) уравнение баланса скорости диссипации турбулентной энергии
,
где
Математическая постановка двумерной модели замыкается следующими граничными условиями. На оси симметрии ставятся условие симметрии.
На стенках вихревой трубы задается условие прилипания
.
На выходе из вихревой трубы задается статическое давление равное атмосферному
Па.
и дополнительно задается условие радиального распределения давления
.
На входе в вихревую трубу задается полное давление P = Pin и задается направление потока через направляющие косинусы. Также задаются интенсивность турбулентных пульсаций и гидравлический диаметр.
Решение системы уравнений осуществлено методов конечных объемов. Для аппроксимации конвективных потоков использовалась неявная схема 2-го порядка точности с применением метода Роу для нахождения основных газодинамических потоков на гранях ячеек.
Результаты численного моделирования
В работе исследовано поведение разделения вихревого потока при следующих полных давлениях на входе в вихревую трубу: p = 4 бар, p = 5 бар и p = 7.5 бар при разных углах закрутки потока.
Из рисунка 2 видно, что разделение температуры не зависит от полного давления на входе в ВТ, а только от угла закрутки α. При увеличении угла закрутки возрастает перепад температур. При слишком больших α наблюдается тенденция к обратному эффекту: температура на периферии понижается, а к центру увеличивается. Не при всех углах закрутки и давлениях на входе численное решение сходится.
Рисунок 2. Зависимость температурного разделения от тангенса угла закрутки
Ниже на рисунках 3–5 представлены поля абсолютного давления, полной температуры и числа Маха в вихревой трубе при p = 4бар, tаn(α) = 3.5.
При давлении газа на входе в ВТ 4 бар, можно наблюдать, что на первом выходе из ВТ давление уменьшается, тогда как при движении потока к выходу горячего потока давление постепенно растет. Так же можно отметить, что давление на стенках трубы возрастает и плавно уменьшается к центру трубы (Рис. 3).
Рисунок 3. Поле абсолютного давления
На рисунке 4. показано распределение полной температуры. Из рисунка видно, что в пристеночной области наблюдается повышение температуры, температура на выходе для горячего потока достигает 308 K. Тогда как в центральной части наблюдается заметное охлаждение, температура на выходе для холодного потока равняется 285 K.
Рисунок 4. Поле полной температуры
На рисунке 5. видно, что на левом выходе из ВТ число Маха превышает единицу, что означает при введении газа в ВТ при давлении в 4 бар охлажденный газ истекает со сверхзвуковой скоростью, в то время как нагретый газ истекает с дозвуковой скоростью.
Влияние моделей турбулентности на результаты моделирования температурного разделение газа
Параметры потока: на входе задавалось давление p=10 Мпа, T=300 К и угол закрутки равен α = 1. Таблица 1 показывает, что при использовании моделей турбулентности k – ε – Rеаlizаblе, k – ω – Stаndаrd, мы получаем одинаковые доли для охлажденного и горячего потоков. Температурный перепад при использовании модели k – ε – Stаndаrd составляет 35.7 К, то есть не намного превышает перепад температур (на 3.1 К), полученный при использовании k – ω – Stаndаrd, существенной разницы не наблюдается. Максимальный перепад температур был получен с использованием модели k – ω – SST. Но так как, интегральные значения для доли горячего и холодного потоков при включении разных моделей турбулентности изменялись незначительно, несмотря на значительные различия в микроструктуре течений, описываемых на основе различных двухпараметрических моделей турбулентности, в дальнейших расчетах в связи с простотой и с целью минимизации вычислительных затрат целесообразно использовать стандартную (k – ε) модель турбулентности.
Рисунок 5. Поле числа Маха
Автор:
Зейналова Н.Р. a, Миньков Л.Л.
Национальный исследовательский Томский государственный университет,
Россия, г.Томск, пр. Ленина, 36, 634050
a E-mail: [email protected]
Список литературы
1. Гуцол А.Ф. Эффект Ранка / Успехи физических наук: Методические заметки. – 1997. – Т. 167, №6. – С. 665–687.
2. Антипина Н.А., Тарунин Е.Л. Расчет турбулентного режима гидродинамики и теплообмена в вихревой трубе Ранка-Хилша / Вестник Пермского университета. – 2008. –Вып.№4(20). –С. 70–76.
3. Коркодинов Я.А. Хурматуллин О.Г. Применение эффекта Ранка-Хилша / Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2012. – Т. 14. – С.42–54.
4. Орлов А.Ю. Суворова Ю.А. Энергосбережение в процессах сушки с вихревой трубой / Вестник ТГТУ. – 2013. – Т. 19, №4. – С. 832–836.
5. Белявский Я.Д. Влияние звука на теплоперенос в газах / Электронный журнал «Техническая акустика». – 2014. №2014(6).
6. Власенко В.С. Слесаренко В.В. Трехпоточная вихревая труба как инструмент подготовки паров нефтепродуктов к рекуперации / Современные наукоемкие технологии.–2014. –Вып.№5 (часть 1).– С. 130–134.
Моделирование газового потока в двухконтурной вихревой трубе Ранка- Хилша
Ranque G.J. Experiments on expansion in a vortex with simultaneous exhaust of hot air and cold air // J. Phys. Radium (Paris). — 1933. — N. 4. — P. 112-114.Пиралишвили Ш.А., Поляев В.М., Сергеев М.Н. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения. — УНПЦ «Энергомаш», 2000. — 415 с.
Суслов А.Д., Иванов С.В., Мурашкин А.В., Чижиков Ю.В. Вихревые аппараты. — М.: Машиностроение, 1985. — 256 с.
Кузнецов В.И. Теория и расчет эффекта Ранка. — Омск: Изд.-во ОмГТУ, 1995. — 217 с.
Аликина О.Н. Гидродинамика и теплообмен в вихревой трубке Ранка-Хилша: Вычислительный эксперимент / Дис. канд. физ.-мат. наук: 01.02.05. — Пермь, ПГТУ, 2003. — 122 с.
Хаит А.В., Носков А.С., Бутымова А.П., Плешков С.Ю., Ловцов А.В. Энергоэффективность и экономическая целесообразность применения систем искусственного климата на базе вихревой трубы // ИСЖ. — 2011. — № 1. — С. 17-23.
Носков А.С., Якшина Н.В., Хаит А.В., Ловцов А.В. Использование холодильно-нагревательных систем на базе вихревых труб для организации заданного микроклимата в производственных и складских помещениях. Система управления экологической безопасностью // Сб. трудов Четвертой заочной межд. научно-практической конференции, г. Екатеринбург, 27-28 мая 2010 г. — Т. 2. — С. 81-87.
Пархимович А.Ю. Имитационное моделирование температурной стратификации закрученных потоков в вихревых хладогенераторах / Дис. канд. техн. наук: 05.04.13. — Уфа, УГАТУ, 2008. — 124 с.
Соловьев А.А. Численное и физическое моделирование процессов энерго и фазоразделения в вихревых трубах / Дис. канд. техн. наук: 05.04.13. — Уфа, УГАТУ, 2008. — 155 с.
Фузеева А.А. Численное моделирование температурной стратификации в вихревых трубах // Матем. моделирование. — 2006. — Т. 18, № 9. — С. 113-120.
Dutta T., Sinhamahapatra K.P., Bandyopdhyay S.S. Comparison of different turbulence models in predicting the temperature separation in a Ranque-Hilsch vortex tube // Int. J. Refrig. — 2010. — V. 33, N. 4. — P. 783-792. DOI
Behera Upendra, Paul P.J., Kasthurirengan S., Karunanithi R., Ram S.N., Dinesh K., Jacob S. CFD analysis and experimental investigations towards optimizing the parameters of Ranque-Hilsch vortex tube // Int. J. Heat Mass Tran. — 2005. — V. 48, N. 10. — P. 1961-1973. DOI
Dincer K., Avci A., Baskaya S., Berber A. Experimental investigation and energy analysis of the performance of a counter flow Ranque-Hilsch vortex tube with regard to nozzle cross-section areas // Int. J. Refrig. — 2010. — V. 33, N. 5. — P. 954- 962. DOI
Selek M., Tasdemir S., Dincer K., Baskaya S. Experimental examination of the cooling performance of Ranque-Hilsch vortex tube on the cutting tool nose point of the turret lathe through infrared thermography method // Int. J. Refrig. — 2011. — V. 34, N. 3. — P. 807-815. DOI
Wilcox David C. Turbulence Modeling for CFD. — DCW Industries, Inc., 1994. — 460 p.
Farouk Tanvir, Farouk Bakhtier. Large eddy simulations of the flow field and temperature separation in the Ranque-Hilsch vortex tube // Int. J. Heat Mass Tran. — 2007. — V. 50, N. 23-24. — P. 4724-4735. DOI
Menter Florian R. Review of the shear-stress transport turbulence model experience from an industrial perspective. // Int. J. Comput. Fluid D. — V. 23, N. 4. — P. 305-316. DOI
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. — М.: Дрофа, 2003. — 840 с.
Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. — М.: Атомиздат, 1979. — 416 с.
Арбузов В.А., Дубнищев Ю.Н., Лебедев А.В., Правдина М.Х., Яворский Н.И. Наблюдение крупномасштабных гидродинамических структур в вихревой трубке и эффект Ранка // ПЖТФ. — 1997. — Т. 23, № 23. — С. 84-90.
Пиралишвили Ш.А., Михайлов В.Г. Экспериментальное исследование вихревой трубы с дополнительным потоком. Некоторые вопросы исследования теплообмена и тепловых машин // Тр. КуАИ. — Куйбышев, 1973. — Вып. 56. — С. 64-74.
Piralishvili Sh.A., Polyaev V.M. Flow and thermodynamic characteristics of energy separation in a double-circuit vortex tube — An experimental investigation // Exp. Therm. Fluid Sci. — 1996. — V. 12, N. 4. — P. 399-410 DOI
Трёхпоточная вихревая труба ТВТ
Высокоэффективное устройство для разделения газожидкостной смеси, понижения давления и выделения жидкой фазы из газа методом НТС
Введение в вихревой эффект
В газодинамике вихревых течений известно такое нетривиальное явление, как эффект Ранка (эффект Ранка- Хилша, или вихревой эффект), заключающийся в том, что в вихревых трубах достаточно простой геометрии происходит разделение потока газа на два, один из которых — периферийный — имеет температуру выше температуры исходного газа, а второй — центральный — соответственно ниже. Этот эффект выглядит еще более странным, если учесть, что, как и в случае вихревой стабилизации газовых разрядов, архимедовы силы должны были бы привести к «всплытию» в центре вихря более горячего газа.
Эффект температурного разделения газов был обнаружен Ранком в 1931 г. при исследовании процесса в циклоне-пылеуловителе. После Второй мировой войны началось интенсивное экспериментальное и теоретическое исследование этого эффекта, которое не прекращается и по сей день. Техническая простота эффекта стимулировала активность изобретателей. Опираясь в своей работе на часто весьма сомнительные теории или действуя эмпирически, они нашли массу способов усовершенствования первых вихревых труб, а также чрезвычайно расширили область их применения. Спектр разработанных и применяющихся устройств, использующих вихревой эффект, чрезвычайно широк, а их возможности впечатляющи. Так, в лучших конструкциях, предназначенных для получения холода, температура на оси достигает приблизительно — 200 °С при исходной комнатной температуре. В силу принципиальной простоты самого устройства изобретательская деятельность в этой области к сегодняшнему дню, в основном, угасла, хотя и до последнего времени заявки на изобретения, связанные с эффектом Ранка, периодически возникают. Что же касается попыток найти неоспоримое научное объяснение самому эффекту, то публикации на эту тему продолжаются до сих пор, причем, как правило, сериями в соответствии с появлением очередной новой идеи объяснения. Так, за последние 15 лет только в нашей стране была защищена докторская диссертация на эту тему и вышли три монографии, специально посвященные данному вопросу. Кроме того, эффект Ранка обсуждался в книгах по проблемам вихревого движения, и, конечно, в диссертациях и статьях, опубликованных как в нашей стране, так и за рубежом.
Таким образом, с одной стороны наблюдается неослабевающий интерес ряда исследователей, инженеров и изобретателей. С другой стороны, большинство физиков просто не слышало о таком ярком эффекте, который, безусловно, следовало бы изучать. Эти факты свидетельствуют о том, что, видимо, все еще не найдено такое объяснение эффекта Ранка, которое было бы признано бесспорным. Эффект Ранка является «неожиданным явлением», природа которого «до сих пор представляется загадочной», по мнению ведущих специалистов по аэродинамике вихревых течений.
Продемонстрированный нами новый подход к исследованию и производству вихревых труб представляется, с одной стороны, настолько простым, что понятен и дилетанту в этой области. С другой стороны, этот подход представляется весьма продуктивным, поскольку позволяет сделать не только качественные выводы, но и количественные оценки относительно процессов, происходящих в вихревых трубах. Поэтому появился смысл ознакомить широкие заинтересованных людей как с существовавшими ранее подходами, часть из которых доросла до статуса теорий, так и с новой идеей конструктивного подхода.
Наша фирма разработала вихревую трубу нового поколения – Трёхпоточную вихревую трубу ТВТ, способную не только разделять потоки на горячий и холодный, но и обеспечивать выделение жидкого компонента, сконденсировавшегося в процессе охлаждения (метод НТС), и в последующем отводить этот компонент.
Устройство и работа ТВТ
Трёхпоточная вихревая труба содержит корпус 1, к которому присоединён входной патрубок 2, в корпусе соосно установлен завихритель, виде спирали Архимеда 3 и диафрагма с внутренней конусной поверхностью 4, соосно корпусу 1 в патрубок выхода холодного газа 5 установлен разделитель 6. К корпусу 1, на его цилиндрической поверхности прикреплён патрубок слива жидкости 7. С противоположного торца корпуса 1 закреплён энергоразделитель 8 и следом за ним развихритель 9. К развихрителю 9 соосно закреплён патрубок выхода горячего газа.
Сжатый газ подаётся через патрубок входа 2 в завихритель, виде спирали Архимеда 3. Газ под действием центробежных сил и направления движения в завихрителе, виде спирали Архимеда 3, приобретает вихреобразную структуру, далее газ направляется в энергоразделитель 8, где за счёт трения приосевого противоточного вихря о пристеночный прямоточный вихрь, и в совокупности с центробежными силами, происходит энергоразделение. Вследствие этого процесса газ делится на горячий, проходящий через развихритель 9 и патрубок выхода горячего газа 10, и холодный, который, в свою очередь, приосевым противоточным вихревым потоком направляется к диафрагме с внутренней конусной поверхностью 4. Проходя через диафрагму с внутренней конусной поверхностью, холодный газ несёт в себе мельчайшие капельки жидкости. Так как плотность жидкости больше плотности газа, и поток холодного газа находится под действием центробежных сил, мельчайшие капельки жидкости оседают на внутреннюю поверхность диафрагмы с внутренней конусной поверхностью и стекают по кольцевому каналу 11 в жидкостную камеру 12, откуда отделившаяся жидкость стекает через патрубок слива жидкости 7. Холодный газ без жидкости проходит по внутренней полости 13 разделителя 6. Далее холодный очищенный газ проходит через патрубок выхода холодного газа 5 по назначению.
Проектирование модели ТВТ
Твёрдотельная модель ТВТ спроектированная для расчёта в CAE- программах
Расчёт ТВТ
Спектр распределения давления Спектр распределения температуры
по сечению ТВТ по сечению ТВТ
Проектирование конструкторской документации на ТВТ и изготовление первого пилотного образца – ТВТ1
ТВТ1 в разобранном виде
ТВТ в собранном виде опресована, проверена и доставлена на склад нашего предприятия
Экспериментальные исследования
трёхпоточной вихревой трубы(ТВТ 1)
Испытания проводились в ПТУпоРНТО ОАО «ГАЗПРОМ» на сжатом воздухе
Результаты эксперимента
Начало эксперимента: 19 мая 2010 года, 8часов 30 минут
Окончание эксперимента: 19 мая 2010 года, 10 часов 55 минут
Проводили испытания: сотрудники ООО «НПО Вертекс» Литра А.Н. и Горельников С.А.
| Термины | Определения |
| Основные понятия | |
| 1. Вихревая труба | Устройство, предназначенное для реализации вихревого эффекта. |
| 2. Придиафрагменный слой вихревой трубы Придиафрагменный слой |
Прилегающий к диафрагме вихревой трубы слой газа, стекающий из соплового ввода в диафрагму и не участвующий в процессе его энергетического разделения. |
| 3. Реверс вихревой трубы Реверс |
Выпуск нагретого потока через диафрагму вихревой трубы. |
| Виды вихревых труб | |
| 4. Адиабатная вихревая труба | Вихревая труба, у которой отсутствует теплообмен с окружающей средой. |
| 5. Неадиабатная вихревая труба | Вихревая труба, у которой осуществляется теплообмен с окружающей средой. |
| 6. Вихревой нагреватель | Вихревая труба, предназначенная для нагревания объектов. |
| 7. Вихревой охладитель | Вихревая труба, предназначенная для охлаждения объектов. |
| 8. Двухконтурная вихревая труба | Вихревой охладитель дополнительного потока газа, вводимого по оси камеры энергетического разделения. |
| 9. Вихревой эжекторный вакуумный насос | Вихревая труба, предназначенная для создания внешнего вакуума. |
| 10. Диффузорная вихревая труба | Вихревая труба, камера энергетического разделения которой выполнена в форме диффузора с увеличением диаметра от диафрагмы к дроссельному вентилю. |
| 11. Противоточная вихревая труба | Вихревая труба, в которой отбор охлажденного и нагретого потоков производится с противоположных сторон. |
| 12. Прямоточная вихревая труба | Вихревая труба, в которой отбор охлажденного и нагретого потоков производится с одной стороны. |
| 13. Самовакуумирующаяся вихревая труба | Вихревой охладитель, работающий без отбора охлажденного потока. |
| Элементы вихревых труб | |
| 14. Диафрагма вихревой трубы | Устройство для выпуска из вихревой трубы охлажденного потока. |
| 15. Дроссельный вентиль вихревой трубы Дроссельный вентиль Ндп. Регулятор расхода |
Устройство для регулирования расхода нагретого и охлажденного потоков вихревой трубы. |
| 16. Камера энергетического разделения вихревой трубы Камера энергетического разделения Ндп. Горячий конец |
Часть вихревой трубы, в которой осуществляется энергетическое разделение сжимаемых сред. |
| 17. Развихритель нагретого потока вихревой трубы Развихритель нагретого потока |
Устройство для преобразования энергии нагретого потока вихревой трубы. |
| 18. Развихритель охлажденного потока вихревой трубы Развихритель охлажденного потока |
Устройство для преобразования энергии охлажденного потока вихревой трубы. |
|
19. Раскруточный диффузор вихревой трубы |
Устройство в виде диффузора, устанавливаемое на выходе охлажденного и (или) нагретого потока вихревой трубы для повышения давления газа. |
| 20. Сепаратор охлажденного потока вихревой трубы Сепаратор охлажденного потока |
Устройство для отвода части охлажденного потока вихревой трубы. |
| 21. Сопловой ввод вихревой трубы Сопловой ввод Ндп. Сопло |
Устройство для ускорения потока, подаваемого в камеру энергетического разделения вихревой трубы. |
| Параметры и характеристики вихревых труб | |
| 22. Диаметр вихревой трубы | Диаметр камеры энергетического разделения вихревой трубы в сечении соплового ввода. |
| 23. Длина камеры энергетического разделения вихревой трубы Длина камеры энергетического разделения Ндп. Длина вихревой трубы |
Расстояние между сечением соплового ввода и сечением камеры энергетического разделения, в котором отбирается нагретый поток вихревой трубы. |
| 24. Коэффициент температурной эффективности вихревой трубы Коэффициент температурной эффективности |
Отношение разности температур потока на входе вихревой трубы и охлажденного потока на ее выходе к разности температур при изоэнтропном расширении в том же интервале давлений. |
| 25. Энтальпийный к. п. д. вихревой трубы | Отношение разности удельных энтальпий потока на входе вихревой трубы и охлажденного потока на ее выходе к разности энтальпий при изоэнтропном расширении в том же интервале давлений. |
| 26. Адиабатный к. п. д. вихревой трубы | Произведение относительного расхода охлажденного потока вихревой трубы на ее энтальпийный к. п. д. |
| 27. Относительный расход охлажденного потока вихревой трубы Относительный расход охлажденного потока |
Отношение расхода охлажденного потока к расходу газа, подаваемого в сопловой ввод вихревой трубы. |
| 28. Площадь соплового ввода вихревой трубы Площадь соплового ввода |
Площадь наименьшего сечения соплового ввода вихревой трубы. |
| 29. Степень расширения нагретого потока вихревой трубы Степень расширения нагретого потока |
Отношение давления газа перед дроссельным вентилем к давлению газа за диафрагмой вихревой трубы. |
| 30. Степень расширения газа вихревой трубы Степень расширения |
Отношение давления газа перед сопловым вводом к давлению за диафрагмой вихревой трубы. |
Трехпоточная вихревая труба фото и как работает
Трёхпоточная вихревая труба ТВТ
Высокоэффективное устройство для разделения газожидкостной смеси, понижения давления и выделения жидкой фазы из газа методом НТС
Введение в вихревой эффект
В газодинамике вихревых течений известно такое нетривиальное явление, как эффект Ранка (эффект Ранка- Хилша, или вихревой эффект), заключающийся в том, что в вихревых трубах достаточно простой геометрии происходит разделение потока газа на два, один из которых — периферийный — имеет температуру выше температуры исходного газа, а второй — центральный — соответственно ниже. Этот эффект выглядит еще более странным, если учесть, что, как и в случае вихревой стабилизации газовых разрядов, архимедовы силы должны были бы привести к «всплытию» в центре вихря более горячего газа.
Эффект температурного разделения газов был обнаружен Ранком в 1931 г. при исследовании процесса в циклоне-пылеуловителе. После Второй мировой войны началось интенсивное экспериментальное и теоретическое исследование этого эффекта, которое не прекращается и по сей день. Техническая простота эффекта стимулировала активность изобретателей. Опираясь в своей работе на часто весьма сомнительные теории или действуя эмпирически, они нашли массу способов усовершенствования первых вихревых труб, а также чрезвычайно расширили область их применения. Спектр разработанных и применяющихся устройств, использующих вихревой эффект, чрезвычайно широк, а их возможности впечатляющи. Так, в лучших конструкциях, предназначенных для получения холода, температура на оси достигает приблизительно — 200 °С при исходной комнатной температуре. В силу принципиальной простоты самого устройства изобретательская деятельность в этой области к сегодняшнему дню, в основном, угасла, хотя и до последнего времени заявки на изобретения, связанные с эффектом Ранка, периодически возникают. Что же касается попыток найти неоспоримое научное объяснение самому эффекту, то публикации на эту тему продолжаются до сих пор, причем, как правило, сериями в соответствии с появлением очередной новой идеи объяснения. Так, за последние 15 лет только в нашей стране была защищена докторская диссертация на эту тему и вышли три монографии, специально посвященные данному вопросу. Кроме того, эффект Ранка обсуждался в книгах по проблемам вихревого движения, и, конечно, в диссертациях и статьях, опубликованных как в нашей стране, так и за рубежом.
Таким образом, с одной стороны наблюдается неослабевающий интерес ряда исследователей, инженеров и изобретателей. С другой стороны, большинство физиков просто не слышало о таком ярком эффекте, который, безусловно, следовало бы изучать. Эти факты свидетельствуют о том, что, видимо, все еще не найдено такое объяснение эффекта Ранка, которое было бы признано бесспорным. Эффект Ранка является «неожиданным явлением», природа которого «до сих пор представляется загадочной», по мнению ведущих специалистов по аэродинамике вихревых течений.
Продемонстрированный нами новый подход к исследованию и производству вихревых труб представляется, с одной стороны, настолько простым, что понятен и дилетанту в этой области. С другой стороны, этот подход представляется весьма продуктивным, поскольку позволяет сделать не только качественные выводы, но и количественные оценки относительно процессов, происходящих в вихревых трубах. Поэтому появился смысл ознакомить широкие заинтересованных людей как с существовавшими ранее подходами, часть из которых доросла до статуса теорий, так и с новой идеей конструктивного подхода.
Наша фирма разработала вихревую трубу нового поколения – Трёхпоточную вихревую трубу ТВТ, способную не только разделять потоки на горячий и холодный, но и обеспечивать выделение жидкого компонента, сконденсировавшегося в процессе охлаждения (метод НТС), и в последующем отводить этот компонент.
Устройство и работа ТВТ
Трёхпоточная вихревая труба содержит корпус 1, к которому присоединён входной патрубок 2, в корпусе соосно установлен завихритель, виде спирали Архимеда 3 и диафрагма с внутренней конусной поверхностью 4, соосно корпусу 1 в патрубок выхода холодного газа 5 установлен разделитель 6. К корпусу 1, на его цилиндрической поверхности прикреплён патрубок слива жидкости 7. С противоположного торца корпуса 1 закреплён энергоразделитель 8 и следом за ним развихритель 9. К развихрителю 9 соосно закреплён патрубок выхода горячего газа.
Сжатый газ подаётся через патрубок входа 2 в завихритель, виде спирали Архимеда 3. Газ под действием центробежных сил и направления движения в завихрителе, виде спирали Архимеда 3, приобретает вихреобразную структуру, далее газ направляется в энергоразделитель 8, где за счёт трения приосевого противоточного вихря о пристеночный прямоточный вихрь, и в совокупности с центробежными силами, происходит энергоразделение. Вследствие этого процесса газ делится на горячий, проходящий через развихритель 9 и патрубок выхода горячего газа 10, и холодный, который, в свою очередь, приосевым противоточным вихревым потоком направляется к диафрагме с внутренней конусной поверхностью 4. Проходя через диафрагму с внутренней конусной поверхностью, холодный газ несёт в себе мельчайшие капельки жидкости. Так как плотность жидкости больше плотности газа, и поток холодного газа находится под действием центробежных сил, мельчайшие капельки жидкости оседают на внутреннюю поверхность диафрагмы с внутренней конусной поверхностью и стекают по кольцевому каналу 11 в жидкостную камеру 12, откуда отделившаяся жидкость стекает через патрубок слива жидкости 7. Холодный газ без жидкости проходит по внутренней полости 13 разделителя 6. Далее холодный очищенный газ проходит через патрубок выхода холодного газа 5 по назначению.
Проектирование модели ТВТ
Твёрдотельная модель ТВТ спроектированная для расчёта в CAE- программах
Расчёт ТВТ
Спектр распределения давления Спектр распределения температуры
по сечению ТВТ по сечению ТВТ
Проектирование конструкторской документации на ТВТ и изготовление первого пилотного образца – ТВТ1
ТВТ1 в разобранном виде
ТВТ в собранном виде опресована, проверена и доставлена на склад нашего предприятия
Экспериментальные исследования
трёхпоточной вихревой трубы(ТВТ 1)
Испытания проводились в ПТУпоРНТО ОАО «ГАЗПРОМ» на сжатом воздухе
Результаты эксперимента
Начало эксперимента: 19 мая 2010 года, 8часов 30 минут
Окончание эксперимента: 19 мая 2010 года, 10 часов 55 минут
Проводили испытания: сотрудники ООО «НПО Вертекс» Литра А.Н. и Горельников С.А.
Краткий курс Vortex Tube
Вихревая трубка существует уже несколько десятилетий, но иногда инженеры и обслуживающий персонал все еще неправильно понимают ее, что приводит к неправильному использованию с неидеальными результатами. В этой статье объясняются основные принципы работы вихревой трубки и объясняется, как эффективно ее применять, чтобы максимально использовать ее охлаждающие и нагревательные способности. Внимание, уделяемое выбранной модели, ее настройке для конкретного применения, качеству подачи сжатого воздуха и условиям после вихревой трубки, которые могут стать решающим фактором между успешным применением и неудачным.
Эффекты вихревой трубки были впервые обнаружены французским ученым Джорджем Ранком в 1933 году. В 1933 году он представил научному сообществу доклад о вихревой трубке, но он был встречен с недоверием и безразличием. После этого вихревая трубка исчезла на несколько лет, пока Рудольф Хильш не изучил ее и не опубликовал свои открытия в 1947 году. Статья Хильша вызвала такой большой интерес, что большинство людей подумали, что это он изобрел устройство, поэтому в народе ее назвали трубкой Хильша. В 1961 году инженер General Electric Чарльз Дарби Фултон основал в Цинциннати, штат Огайо, компанию под названием Fulton Cryogenics.Это была первая компания, которая глубоко изучила вихревую трубку и разработала ее для конкретных промышленных приложений. В 1968 году Fulton Cryogenics стала Vortec Corporation, которая расширила и улучшила линейку продуктов вихревых трубок, чтобы покрыть широкий спектр приложений на промышленных и коммерческих рынках. В 1991 году компания Illinois Tool Works приобрела Vortec, открыв доступ ко многим технологическим методам изучения внутренней работы вихревой трубы.
Движение воздуха в вихревой трубе
На схеме ниже показана основная вихревая труба с общими названиями, обозначающими некоторые важные особенности.
Воздух высокого давления (сжатый) входит во входное отверстие и втекает в кольцевое пространство вокруг генератора. Когда он контактирует с соплами генератора, воздух теряет часть своего давления, расширяется и начинает вращаться в генераторе, где он набирает скорость, близкую к звуковой. Форсунки ориентированы так, что воздух нагнетается по касательной к окружности камеры генерации. Весь воздух выходит из камеры генерации и попадает в горячую трубу. Центробежная сила удерживает воздух у внутренней стенки горячей трубки, когда он движется к клапану на горячем конце.
К тому времени, когда воздух достигает клапана горячего конца, его давление меньше давления на выходе из сопла, но больше атмосферного давления. Положение клапана горячего конца определяет, сколько воздуха выходит на горячем конце. Он контролирует давление на горячем конце перед клапаном. Для разделения тепла и холода необходимо, чтобы выходила только часть воздуха. Оставшийся воздух направляется к центру горячей трубы, создавая противоток, где, продолжая вращаться, он возвращается к выходу для холода.Воздух проходит по всей длине горячей трубы через центр камеры генерации вихрей и к выходу для холода.
Напомним, что исходный поток воздуха в горячей трубке не занимал центр трубки из-за центробежной силы. Поэтому он создал идеальный путь для внутреннего потока. Это в сочетании с вышеупомянутой разницей давления между клапаном горячего конца и выпускным отверстием для холодного воздуха является причиной наличия двух различных вращающихся воздушных потоков, один из которых вращается внутри другого, но движется в противоположных направлениях в горячей трубе.
При изменении положения клапана горячего конца пропорции горячего и холодного воздуха меняются, но общий поток остается прежним. Следовательно, количество воздуха, выходящего из холодного конца, можно варьировать в широком диапазоне для вихревой трубы данного размера. Объем холодного воздуха называется «холодной фракцией».
Хорошая конструкция вихревой трубы позволяет избежать смешивания холодного внутреннего потока (холодной фракции) с потоком теплого или горячего внешнего воздуха. Если вихревая трубка работает с высокой долей холода, проход через центр генератора должен быть достаточно большим, чтобы выдерживать поток холодного воздуха.Если это не так, это приведет к тому, что часть холодного воздуха будет отклоняться и смешиваться с потоком горячего воздуха, что приводит к потере охлаждения. При низких холодных фракциях желаемый результат — небольшой поток очень холодного воздуха. Если канал генератора слишком большой, это позволит увлечь часть окружающего теплого воздуха и повысить температуру холодного выхода.
Следовательно, для любой данной вихревой трубы с фиксированным общим потоком существует идеальный размер отверстия для каждой холодной фракции. Практически, пользователю вихревой трубы потребуется один из двух режимов работы: либо максимальное охлаждение (происходит при примерно 70% холодной фракции), либо минимально возможная холодная температура (происходит примерно при 20% холодной фракции).Соответственно, Vortec предлагает вихревые трубы с генераторами «H» (высокая холодная фракция), предназначенными для максимального охлаждения, или с генераторами «L», предназначенными для получения минимально возможной температуры.
Эффекты температурного разделения в вихревой трубе
Напомним, что воздух в вихревой трубе имеет сложное движение. Внешнее кольцо воздуха движется к горячему концу, а внутреннее кольцо воздуха движется к холодному концу. Оба потока воздуха вращаются в одном направлении, но движутся одновременно (в противоположных направлениях).Что наиболее важно, оба потока воздуха вращаются с одинаковой угловой скоростью. Это связано с тем, что интенсивная турбулентность на границе и во всех двух потоках объединяет их в единую воздушную массу, что касается вращательного движения.
Правильный термин для обозначения внутреннего потока — «вынужденный вихрь». Это отличается от «свободного вихря» тем, что его вращательное движение контролируется некоторой внешней силой, отличной от сохранения углового момента. В этом случае внешний поток горячего воздуха заставляет внутренний поток холодного воздуха вращаться с постоянной угловой скоростью.
В гидромассажной ванне по мере того, как вода стекает в канализацию, образуется свободная вихревая труба. Когда вода движется внутрь, ее скорость вращения увеличивается, чтобы сохранить угловой момент. Линейная скорость любой частицы в вихре обратно пропорциональна ее радиусу. Таким образом, перемещаясь от радиуса в одну единицу к дренажу с радиусом 1/2 единицы, частица удваивает свою линейную скорость в свободном вихре. В вынужденном вихре с постоянной угловой скоростью линейная скорость уменьшается вдвое по мере того, как частица перемещается с радиуса в одну единицу к сливу с радиусом 1/2 единицы.
Итак, для ситуации, описанной выше, частицы попадают в сток с в четыре раза большей линейной скоростью в свободном вихре по сравнению с вынужденным вихрем. Кинетическая энергия пропорциональна квадрату линейной скорости, поэтому частицы, покидающие сток вынужденного вихря, имеют 1/16 кинетической энергии частиц, покидающих сток свободного вихря в этом примере. Куда уходит энергия (15/16 всей доступной кинетической энергии)? В этом и заключается секрет вихревой трубки. Энергия покидает внутреннее ядро в виде тепла, которое передается внешнему ядру.Внутреннее ядро становится холодным, а внешнее — горячим.
Воздух в охлаждающем внутреннем потоке должен был сначала пройти через внешний (нагревательный) поток. Почему он не нагревает столько же, сколько охлаждает без чистого охлаждающего эффекта? Имейте в виду, что скорость потока во внешнем потоке всегда больше, чем у внутреннего потока, так как часть внешнего потока выпускается через клапан горячего конца. Если энергия (btus), выходящая из внутреннего потока, равна энергии (btus), полученной внешним потоком, падение температуры внутреннего потока должно быть больше, чем прирост температуры внешнего потока, потому что его массовый расход меньше.Вот почему температура горячего воздуха увеличивается по мере увеличения холодной фракции и почему температура холодного воздуха уменьшается по мере уменьшения холодной фракции.
Влияние температуры на входе
При повышении или понижении температуры сжатого воздуха изменяется и температура создаваемых потоков холодного и горячего воздуха. Если температура сжатого воздуха повысится с 70 ° F утром до 80 ° F днем, то температура холодного воздуха также повысится на 10 ° F в этот период.
Давление на входе и выходе
Таблица рабочих характеристик вихревой трубы (или диаграмма холодного содержания) показывает разницу температур в холодном и горячем состоянии, достижимую при различных настройках холодной фракции и входном давлении. Таблица, кажется, подразумевает, что падение и повышение температуры при определенной холодной фракции связано с давлением сжатого воздуха на входе. Это не совсем верно. Разница температур связана с отношением абсолютного давления между входящим воздухом и холодным выходом.Таблица производительности основана на предположении, что холодный воздух на выходе находится под атмосферным давлением. Возьмем, к примеру, вихревую трубку, работающую при давлении 90 фунтов на квадратный дюйм (104,7 фунтов на квадратный дюйм абс.) И с выходом холодного воздуха в атмосферу (0 фунтов на квадратный дюйм или 14,7 фунтов на квадратный дюйм). Это приводит к соотношению перепадов давления на входе и выходе 7,1: 1. Теперь, если давление на входе остается прежним, но поток холодного воздуха ограничен, так что давление на выходе увеличивается до 15 фунтов на кв. Дюйм (29,7 фунтов на квадратный дюйм), тогда степень перепада давления падает до (104.7 / 29.7) от 3,5 до 1. Поэтому важно не ограничивать поток холодного воздуха из вихревой трубки путем установки трубок, фитингов, клапанов меньшего размера и т. Д.
Давление приточного воздуха
Как ни важно не ограничивать поток холодного воздуха из вихревой трубки, так же важно не ограничивать поток воздуха в вихревую трубку. Компоненты в системе подачи воздуха (труба, шланги, трубки, клапаны, фитинги, регуляторы и т. Д.) Должны иметь такие размеры, чтобы не ограничивать поток сжатого воздуха и не создавать чрезмерного падения давления.Всего один компонент в системе сжатого воздуха надлежащего размера может создать чрезмерный перепад давления, что приведет к низкому давлению воздуха на входе вихревой трубки. Хотя вихревые трубки создают температурное разделение при давлении воздуха всего 15 фунтов на кв. Дюйм (1 бар), большинство технических характеристик заявлено при давлении воздуха 100 фунтов на кв. Дюйм (6,9 бар), измеренном на входном соединении вихревой трубки.
Влияние влажности
Вихревая трубка не разделяет влажность (водяной пар) между горячим и холодным воздухом.Абсолютная влажность потока холодного и горячего воздуха такая же, как у входящего сжатого воздуха. Влага конденсируется и / или замерзает на холодном воздухе, если ее точка росы выше, чем его температура. При умеренных температурах холодного воздуха конденсация обычно не возникает. Однако, когда температура достаточно низкая, чтобы вызвать конденсацию, он будет выглядеть как «снег». Снег может быть липким, если в подаче воздуха есть пары масла. Снег может постепенно скапливаться внутри и блокировать проходы холодного воздуха.
Если водяной пар в системе подачи сжатого воздуха является проблемой, образовавшейся конденсации и снега можно избежать путем тщательного выбора осушителя сжатого воздуха. Осушитель следует выбирать на основе минимальной ожидаемой температуры холодного воздуха. Для большинства систем охлаждения распределительных шкафов можно использовать рефрижераторный осушитель с точкой росы под давлением от 35 до 40 ° F. Для вихревых трубок и пистолетов холодного воздуха, где могут потребоваться экстремальные температуры холодного воздуха, может потребоваться регенеративный осушитель адсорбционного типа с точкой росы под давлением -40 ° F.
Подача воздуха
Как говорится, «мусор на входе = мусор на выходе». Это верно и для вихревых трубок. Если в вихревую трубку подается грязный, маслянистый или влажный сжатый воздух, вы получите воздух того же качества и, что более важно, низкую производительность. Со временем загрязнения в подаваемом воздухе изнашиваются или забивают внутренние каналы, что приводит к снижению эффективности охлаждения. Очень важно правильно фильтровать и сушить подаваемый сжатый воздух, чтобы удалить загрязнения до того, как они достигнут вихревой трубки.
ISO 8573.1: 2001 — международный стандарт качества сжатого воздуха. Часть первая стандарта определяет качество сжатого воздуха, которое производитель указывает для своего продукта. Стандарт классифицирует три загрязняющих вещества: твердые частицы, водяной пар и масло. Каждый загрязнитель определяется до шести классов. Например: класс 3.4.2 означает, что (1) на кубический метр сжатого воздуха допускается 10 000 частей на миллион от 0,5 до 1 микрона и 500 частей на миллион твердых частиц размером от 1 до 5 микрон; (2) воздух должен быть высушен до точки росы под давлением 37 ° F или ниже; и (3) не может быть больше чем.1 мг на кубический метр масляных паров в воздухе. Линия фильтров сжатого воздуха и коалесцирующих фильтров ITW Vortec удовлетворяет первому и третьему требованиям. Осушитель холодильного типа может потребоваться для удовлетворения второго требования (см. Предыдущий раздел «Влияние влажности»).
Для вихревых трубок, пистолетов холодного воздуха или других регулируемых вихревых трубок для холодной фракции, где пользователь может отрегулировать продукт для получения воздуха с температурой минус 5 ° F или ниже, рекомендуется класс качества воздуха 3.3.2 ISO 8573.1: 2001.Для охлаждающих продуктов с фиксированной холодной фракцией рекомендуется класс качества воздуха 3.4.2.
Преимущества вихревых трубок по сравнению с другими методами охлаждения, в том числе:
✔ непревзойденная надежность
✔ нет движущихся частей
✔ регулируется в широком диапазоне температур
✔ без обслуживания
✔ маленький и легкий
✔ низкая стоимость
✔ устойчивость к суровым условиям
✔ отсутствие искры и опасности взрыва
✔ РЧ помехи не создаются
✔ мгновенное охлаждение и нагрев
При правильном выборе и применении успешные применения вихревых трубок включают охлаждение широкого спектра предметов, таких как электроника, пробы газа, персонал, работающий в жарких условиях, режущие инструменты и детали, формованные детали, термосвариваемые изделия, иглы для промышленных швейных машин, композитные и резиновые материалы, термодатчики, промышленные роботы и многое другое.Хотя нагревание не так распространено, как охлаждение, вихревые трубки используются с отличными результатами для сушки красок и чернил, сокращения времени отверждения клея и обогрева персонала, работающего в холодных условиях.
Посмотреть PDF
.Vortec | Вихревые трубки
Обзор продукта
Вихревые трубки производят до 6000 БТЕ / час (1757 Вт) холода и температуры до -40 градусов, что позволяет удовлетворить различные потребности промышленного точечного и технологического охлаждения. Отсутствие движущихся частей делает вихревую трубку очень надежной и недорогой; и не требует электрического подключения к месту охлаждения. Вихревые трубки мгновенно охлаждают, полагаясь на сжатый воздух, вращающийся в трубке, для разделения воздуха на потоки холодного и горячего воздуха.
Вихревые трубки представляют собой компактный источник холода и охлаждения с моделями длиной от 6 до 13 дюймов (150-330 мм) и мощностью охлаждения от 100 до 6000 БТЕ / час (29 — 1757 Вт). Рабочие характеристики вихревой трубы легко регулируются путем изменения давления воздуха на входе, соотношения холодного и выпускаемого воздуха или путем замены генератора в самой трубе. И хотя обычно вихревые трубы используются для охлаждения, они также могут использоваться для обогрева, просто направляя отработанный горячий воздух в систему.
Технология вихревых трубок была изобретена французским физиком Жоржем Ранком в 1930 году и впервые была разработана для промышленного использования компанией Vortec в 1960-х годах. Увидеть как это работает. С тех пор вихревые трубы нашли применение в широком спектре систем охлаждения на машинах, сборочных линиях, в технологических процессах, а также для испытаний и измерений.
Преимущества
- Охлаждает мгновенно
- Самая низкая стоимость единицы холода среди всех методов охлаждения
- Полностью регулируемое охлаждение, при необходимости легко перемещать с места на место
- Подходит для охлаждения в самых ограниченных пространствах
- Самые низкие требования к техническому обслуживанию среди любого холодильного оборудования
- Экологически чистый, без хладагентов и химикатов
- Простота установки, просто подключите сжатый воздух и вперед
Характеристики
- Не требует обслуживания, без движущихся частей
- Повторяемость цикла в пределах +/- 1 град.
- Понижает температуру сжатого воздуха на входе до 100 ° F (55 ° C)
- Электроэнергия на холодильной площадке не требуется
- Охлаждает без хладагентов до -40 градусов
- Компактный и легкий, легко транспортируемый
- Регулируется для различных потребностей в охлаждении
- Доступная теплопроизводительность при использовании той же трубки, до 93 ° C (200 ° F)
- Доступны модели из алюминия (208 и 308) и нержавеющей стали (208SS)
- Сменные генераторы для модификации охлаждения или при загрязнении
Технические характеристики
| Арт. № | 106-2-H | 106-4-H | 106-8-H | 208-11-H |
| Материал конструкции | Латунь / нержавеющая сталь | Латунь / нержавеющая сталь | Латунь / нержавеющая сталь | Алюминий |
| Вход, дюйм, NPT | 1/8 | 1/8 | 1/8 | 1/4 |
| Холодопроизводительность (БТЕ / ч) | 100 | 200 | 400 | 640 |
| Расход воздуха при 100 фунт / кв. Дюйм (фут. / Мин) | 2 | 4 | 8 | 11 |
| Вход, гнездовой или мужской | F | F | F | F |
| Номер модели | 208-15-H | 208-25-H | 208-11-HSS | 208-15-HSS |
| Материал конструкции | Алюминий | Алюминий | Нержавеющая сталь | Нержавеющая сталь |
| Вход, дюйм, NPT | 1/4 | 1/4 | 1/4 | 1/4 |
| Холодопроизводительность (БТЕ / ч) | 900 | 1500 | 640 | 900 |
| Расход воздуха при 100 фунт / кв. Дюйм (фут. / Мин) | 15 | 25 | 11 | 15 |
| Вход, гнездовой или мужской | F | F | M | M |
| Номер модели | 208-25-HSS | 308-35-H | 328-50-H | 328-75-H | 328-100-H |
| Материал конструкции | Нержавеющая сталь | Алюминий | Алюминий | Алюминий | Алюминий |
| Вход, дюйм, NPT | 1/4 | 1/4 | 1/2 | 1/2 | 1/2 |
| Холодопроизводительность (БТЕ / ч) | 1500 | 2650 | 3000 | 4500 | 6000 |
| Расход воздуха при 100 фунт / кв. Дюйм (фут. / Мин) | 25 | 35 | 50 | 75 | 100 |
| Вход, гнездовой или мужской | M | F | M | M | M |
Литература
Инструкция по установке и эксплуатации
Размеры и характеристики
.Как работают вихревые трубки Видео
Вихревые трубки
Воздух, который вращается вокруг оси (как торнадо), называется вихрем. Вихревая трубка создает холодный и горячий воздух, нагнетая сжатый воздух через камеру генерации, которая закручивает воздух с высокой скоростью (1000000 об / мин) в вихрь. Высокоскоростной воздух нагревается по мере того, как он вращается вдоль внутренних стенок трубки к регулирующему клапану. Некоторый процент горячего воздуха с высокой скоростью выходит через клапан.Оставшаяся часть (теперь более медленного) воздушного потока вынуждена противодействовать восходящему потоку через центр высокоскоростного воздушного потока во втором вихре. Медленнее движущийся воздух отдает энергию в виде тепла и охлаждается по мере раскручивания трубки. Внутренний противоточный вихрь выходит из противоположного конца в виде очень холодного воздуха. Вихревые трубы создают температуру на 100 градусов F (56 градусов C) ниже температуры воздуха на входе. Долю выпускаемого горячего воздуха можно изменять для изменения температуры холодного воздуха на выходе, при этом большее количество выпускаемого воздуха приводит к более холодному потоку холодного воздуха (с более низкой скоростью потока), а меньшее количество выхлопных газов приводит к более теплой струе холодного воздуха (и более высокой скорости потока). .
Подробнее о вихревых трубках>
.Принцип работы вихревого расходомера
Вихревые расходомеры могут использоваться для широкого диапазона жидкостей, то есть жидкостей, газов и пара. Их следует рассматривать в качестве первого выбора, при условии проверки на соответствие требованиям конкретного приложения.
Вихревые измерители— это, по сути, частотомеры, поскольку они измеряют частоту вихрей, генерируемых «утолщенным телом » или «полосой сброса».
Вихри будут возникать только при определенной скорости (перенумеровать) в стороны, следовательно, вихревые измерители будут иметь приподнятый ноль, называемый точкой «отсечки».Прежде чем скорость станет равной нулю, выходной сигнал измерителя будет уменьшен до нуля.
При определенном обратном потоке (выше точки отсечки) некоторые вихревые измерители могут выдавать выходной сигнал, который может привести к ложной интерпретации.
См. Также: Анимация вихревого расходомера
Вихревые расходомеры — это расходомеры реального объема , как и диафрагмы. Эти измерители интрузии, такие как диафрагменные измерители, вызовут падение давления при увеличении потока, что приведет к постоянной потере.следовательно, жидкости, близкие к их точке кипения, могут вызвать кавитацию, поскольку давление на измерителе падает ниже давления пара жидкости.
Как только давление поднимется выше давления пара, пузырьки появятся. Кавитация вызывает сбои в работе расходомера, и ее следует всегда избегать.
Вихревой расходомер
Принцип
Жидкость, текущая с определенной скоростью и преодолевая неподвижное препятствие, порождает вихри.Генерация вихрей известна как Вихри Кармана, и точка кульминации вихрей будет приблизительно 1.2D ниже по потоку от тела обтекания.
Струхал обнаружил, что как только натянутая проволока начинает колебаться в воздушном потоке, частота будет прямо пропорциональна скорости воздуха,
Ст = f * d / V0 (без размера)
St = номер Струхаля
f = частота провода
d = диаметр проволоки
V0 = скорость
Это явление называется «выпадением вихрей», а последовательность вихрей известна как «Вихревая улица Кармана».
Частота образования вихрей является прямой линейной функцией скорости жидкости, а частота зависит от формы и ширины грани тела обтекания. Поскольку ширина препятствия и внутренний диаметр трубы будут более или менее постоянными, частота задается выражением —
f = (St * V) / c * D
f = частота вихря, Гц
St = число Струхаля, размер минус
В = Скорость жидкости на шеддере, м / с
D = Внутренний диаметр трубы, м
c = константа (отношение d / D)
d = Ширина забоя шеддера, м
Градиент потери давления на вихревом измерителе будет иметь форму, аналогичную форме диафрагмы.самая низкая точка давления будет на стержне шеддера (сравнима с веной контракта для диафрагмы). после этой точки давление будет постепенно восстанавливаться, что в конечном итоге приведет к необратимой потере давления. Чтобы избежать кавитации, представляет интерес потеря давления в вене-контракте.
Минимальное противодавление, необходимое для предотвращения кавитации:
Pmin = 3,2 * Pdel + 1,25 * Pv
Pmin = минимальное требуемое давление при пяти диаметрах трубы после расходомера, бар
Pdel = расчетная постоянная потеря давления в барах
Pv = давление пара при рабочей температуре в барах
Помните — для большинства вихревых измерителей d / D будет иметь диапазон 0.22 — 0,26, частота вихрей будет зависеть от размера метра, чем больше метр, тем ниже частота. Таким образом, максимальный диаметр вихревого измерителя ограничен, поскольку разрешение измерителя может стать проблемой для целей управления.
Для решения этой проблемы используются встроенные цифровые умножители, которые умножают частоту вихря без дополнительной ошибки.
Принцип измерения частоты
Пьезоэлектрические датчики — пара пьезоэлектрических кристаллов встроена в шеддерный стержень.Так как шеддерный стержень будет подвергаться воздействию переменных сил, вызванных частотой выпадения, то же самое будет и на пьезокристаллы.
Датчики переменной емкости — пара датчиков переменной емкости встроена в шеддерную планку. Поскольку шеддерная планка будет подвергаться чередующимся микродвижениям, вызванным силами в результате частоты выпадения, конденсаторы соответственно изменят свою емкость.
На производительность вихревых расходомеров влияет
Изменение геометрии стержня шеддера из-за эрозии
изменение геометрии стержня шеддера из-за залежей, т.е.е. Воск
Коррозия верхнего трубопровода
Изменение положения планки шеддера, если она не закреплена должным образом
Гидравлический шум.
В целом счетчик votex будет состоять из следующей части по электронике —
чувствительных элементов, предусилители переменного тока, усилитель переменного тока с фильтрами, функции шумоподавления, триггер Шмитта, микропроцессор
Характеристики
Измеритель образования вихрей обеспечивает линейный цифровой (или аналоговый) выходной сигнал без использования отдельных передатчиков или преобразователей, что упрощает установку оборудования.Точность измерителя хорошая в потенциально широком диапазоне расхода, хотя этот диапазон зависит от условий эксплуатации.
Частота выпадения зависит от размеров тела обтекания и, являясь естественным явлением, обеспечивает хорошую долгосрочную стабильность калибровки и повторяемость лучше, чем ± 0,15% от скорости. Дрейфа нет, потому что это частотная система.
В счетчике нет движущихся или изнашиваемых компонентов, что обеспечивает повышенную надежность и сокращение затрат на техническое обслуживание.Техническое обслуживание еще больше сокращается из-за отсутствия клапанов или коллекторов, вызывающих проблемы с утечкой. Отсутствие клапанов или коллекторов обеспечивает особенно безопасную установку, что является важным фактором, когда технологическая жидкость опасна или токсична.
Если используемый датчик достаточно чувствителен, один и тот же измеритель образования вихрей можно использовать как для газа, так и для жидкости. Кроме того, калибровка измерителя практически не зависит от рабочих условий (вязкости, плотности, давления, температуры и т. Д.), Используется ли измеритель для газа или жидкости.
Вихревой расходомер также предлагает низкую стоимость установки, особенно в трубах диаметром менее 6 дюймов (152 мм), что сравнимо со стоимостью установки диафрагмы и датчика дифференциального давления.
Ограничение включает диапазон размеров метров. Измерители диаметром менее 0,5 дюйма (12 мм) непрактичны, а измерители диаметром более 12 дюймов (300 мм) имеют ограниченное применение из-за их высокой стоимости по сравнению с системой с отверстиями и их ограниченного разрешения выходного импульса.
Количество импульсов, генерируемых на единицу объема, уменьшается по закону куба с увеличением диаметра трубы. Следовательно, вихревой расходомер диаметром 24 дюйма (610 мм) с типичным коэффициентом блокировки 0,3 будет иметь только выходную частоту полной шкалы приблизительно 5 Гц при скорости жидкости 10 футов / с (3 м / с).
Выбор и размер:
В качестве первого шага в процессе выбора рабочие условия (температура технологической жидкости, температура окружающей среды, давление в трубопроводе и т. Д.) Должны быть сопоставлены со спецификацией расходомера.
Смачиваемые материалы расходомера (включая связующие вещества) и датчики должны быть затем проверены на совместимость с технологической жидкостью как в отношении химического воздействия, так и безопасности. Например, на кислороде следует избегать использования цветных металлов или подходить к ним с особой осторожностью. Затем следует установить минимальный и максимальный расход расходомера для данного приложения.
Минимальный расход расходомера определяется числом Рейнольдса от 10 000 до 10 500, плотностью жидкости и минимально допустимой частотой утечки для электроники.Максимальный расход определяется потерей давления в измерителе (обычно с двумя скоростными головками), началом кавитации с жидкостями и звуковой скоростью потока (запирание) с газами.
Следовательно, диапазон расхода для любого применения полностью зависит от вязкости, плотности и давления пара рабочей жидкости, а также от максимальной скорости потока и давления в трубопроводе.
Для продуктов с низкой вязкостью, таких как вода, бензин и жидкий аммиак, и при максимальной скорости нанесения 15 футов / с (4.6 м / с), вихревые расходомеры могут иметь диапазон измерения около 20: 1 с потерей давления около 4 фунтов на кв. Дюйм (27,4 кПа).
Высокая точность («скорости») расходомера и цифровой линейный выходной сигнал делают его применение в широких диапазонах расхода практическим предложением. Диапазон изменения уменьшается пропорционально увеличению вязкости, уменьшению плотности или уменьшению максимальной скорости потока процесса. Поэтому вихревые расходомеры непригодны для использования с жидкостями с высокой вязкостью.
Преимущества вихревого расходомера- Вихревые расходомеры для жидкостей, газов и пара
- Низкий износ (относительно турбинных расходомеров)
- Относительно низкая стоимость монтажа и обслуживания
- Низкая чувствительность к изменениям условий процесса
- Стабильная долгосрочная точность и повторяемость
- Применимо к широкому диапазону рабочих температур
- Доступен для труб большого диаметра
Ограничения для вихревого расходомера
- Не подходит для очень малых расходов
- Минимальная длина прямой трубы требуется до и после вихревого расходомера
Применение вихревого расходомера
Вихревые расходомерыподходят для различных применений и отраслей, но лучше всего работают с чистыми жидкостями с низкой вязкостью, средними и высокими скоростями.
Некоторые из основных применений включают:
- Коммерческий учет природного газа
- Измерение пара
- Поток жидких суспензий
- Общие водные приложения
- Жидкие химикаты и фармацевтика
Также читайте: Принцип работы турбинного расходомера
.Вихревые теплогенераторы » Электрика в квартире и доме своими руками
Вихревые теплогенераторы это установки, которые позволяют получать тепловую энергию в специальных устройствах путем преобразования электрической энергии.
История создания первых вихревых теплогенераторов уходит корнями в первую треть двадцатого века, когда французский инженер Жозеф Ранк столкнулся с неожиданным эффектом, исследуя свойства искусственно создаваемого вихря в разработанном им устройстве — вихревой трубе. Сущность наблюдаемого эффекта заключалась в том, что на выходе вихревой трубы наблюдалось разделение сжатого воздушного потока на теплую и холодную струю.
Исследования в данной области были продолжены немецким изобретателем Робертом Хилшем, который в сороковых годах прошлого столетия улучшил конструкцию вихревой трубы Ранка, добившись увеличения разности температур двух воздушных потоков на выходе из трубы. Однако как Ранку, так и Хилшу не удалось теоретически обосновать наблюдаемый эффект, что отсрочило его практическое применение на многие десятилетия. Следует отметить, что более-менее удовлетворительное теоретическое объяснение эффекта Ранка — Хилша с точки зрения классической аэродинамики не найдено до сих пор.
Одним из первых ученых, которому пришла в голову идея запустить в трубу Ранка жидкость, является российский ученый Александр Меркулов, профессор Куйбышевского (ныне Самарского) государственного авиакосмического университета, которому принадлежит заслуга в развитии основ новой теории. Созданная Меркуловым в конце 50-х годов Отраслевая научно-исследовательская лаборатория тепловых двигателей и холодильных машин провела огромный объем теоретических и экспериментальных исследований вихревого эффекта.
Идея использовать в качестве рабочего тела в вихревой трубе не сжатый воздух, а воду, была революционной, поскольку вода, в отличие от газа, несжимаема. Следовательно, эффекта разделения потоков на холодный и горячий ожидать не стоило. Однако результаты превзошли все ожидания: вода при прохождении по «улитке» быстро нагревалась (с эффективностью, превышавшей 100%).
Ученый затруднялся объяснить подобную эффективность процесса. По мнению некоторых исследователей, аномальное повышение температуры жидкости вызвано микрокавитационными процессами, а именно «схлопыванием» микрополостей (пузырьков), заполненных газом или паром, которые образуются в ходе вращения воды в циклоне. Невозможность объяснить столь высокий КПД наблюдаемого процесса с точки зрения традиционной физики привела к тому, что вихревая теплоэнергетика прочно обосновалась в списке «псевдонаучных» направлений.
Между тем, данный принцип был взят на вооружение, что привело к разработке работающих моделей тепло- и электрогенераторов, реализующих описанный выше принцип. В данный момент времени на территории России, некоторых республик бывшего Советского Союза и ряда зарубежных стран успешно функционируют сотни вихревых теплогенераторов различной мощности, произведенных рядом отечественных научно-производственных предприятий.
Рис. 1. Принципиальная схема вихревого теплогенератора
В настоящее время промышленными предприятиями выпускаются вихревые теплогенераторы разных конструкций.
Рис. 2. Вихревой теплогенератор «МУСТ»
На Тверском научно-внедренческом предприятии «Ангстрем» разработан преобразователь электрической энергии в тепловую — вихревой теплогенератор «МУСТ». Принцип его действия запатентован Р.И.Мустафаевым (пат. 2132517) и позволяет получать тепловую энергию непосредственно из воды. В конструкции отсутствуют какие-либо нагревательные элементы, а электроэнергией питается только насос, прокачивающий воду. В корпусе вихревого теплогенератора размещен блок ускорителей движения жидкости и тормозное устройство. Он состоит из нескольких вихревых трубок особой конструкции. Изобретатель утверждает, что большего коэффициента не имеет ни одно из устройств, предназначенных для этих целей.
Высокий КПД не единственное достоинство нового преобразователя. Разработчики считают особенно перспективным использование своего вихревого теплогенератора на вновь строящихся, а также удаленных от централизованного теплоснабжения объектах. Вихревой теплогенератор «МУСТ» может монтироваться непосредственно в сформировавшиеся внутренние отопительные сети объектов, а также в технологические линии.
Нельзя не сказать, что новинка пока дороже традиционных котлов. «Ангстрем» предлагает покупателям уже несколько генераторов «МУСТ» мощностью от 7,5 до 37 кВт. Они способны отапливать помещения объемом от 600 до 2200 кв.м соответственно.
Коэффициент преобразования электроэнергии равен 1,2, но может достигать и 1,5. Всего в России работает около ста вихревых теплогенераторов «МУСТ». Выпускаемые модели теплогенераторов «МУСТ» позволяют обогревать помещения объемом до 11,000 м3. Масса установки составляет от 70 до 450 кг. Тепловая мощность установки МУСТ 5,5 составляет 7112 ккал/час, тепловая мощность установки МУСТ 37 — 47840 ккал/час. Теплоносителем, используемым в вихревом теплоге-нераторе МУСТ может выступать вода, тосол, полигликоль, либо любая другая незамерзающая жидкость.
Рис. 3. Вихревой теплогенератор «ВТГ»
Вихревой теплогенератор ВТГ представляет собой цилиндрический корпус, оснащенный циклоном (улиткой с тангенциальным входом) и гидравлическим тормозным устройством. Рабочая жидкость под давлением подается на вход циклона, после чего по сложной траектории проходит через него и тормозится в тормозном устройстве. Дополнительного давления в трубах тепловой сети не создается. Система работает в импульсном режиме, обеспечивая заданный режим температур.
В качестве теплоносителя в ВТГ используется вода или иные неагрессивные жидкости (антифриз, тосол) в зависимости от климатической зоны. Процесс нагревания жидкости происходит за счет ее вращения по определенным физическим законам, а не под воздействием нагревательного элемента.
Коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую у вихревого теплогенератора ВТГ первого поколения был не менее 1,2 (то есть КПЭ не менее 120%). В ВТГ расходуется только на электронасос, прокачивающий воду, а вода выделяет дополнительную тепловую энергию.
Работает установка в автоматическом режиме с учётом температуры окружающего воздуха. Режим работы контролируется надежной автоматикой. Возможен прямоточный нагрев жидкости (без замкнутого контура), например для получения горячей воды. Нагрев происходит за 1-2 часа в зависимости от наружной температуры и объёма обогреваемого помещения. Коэффициент преобразования электрической энергии (КПЭ) в тепловую намного выше 100%.
Вихревые теплогенераторы ВТГ испытывались в различных НИИ, в том числе в РКК «Энергия» им. С.П. Королёва в 1994 г, в Центральном Аэродинамическом институте (ЦАГИ) им. Жуковского в 1999 г. Испытания подтвердили высокую эффективность вихревого теплогенератора ВТГ по сравнению с другими типами нагревателей (электрическими, газовыми, а также работающими на жидком и твёрдом топливах). При той же тепловой мощности, что и у традиционных тепловых установок, кавитационные вихревые теплогенераторные установки потребляют меньше электроэнергии.
Установка отличается самой высокой эффективностью работы, проста в обслуживании и имеет срок эксплуатации более 10 лет. Вихревой теплогенератор ВТГ отличается своими небольшими габаритами: занимаемая площадь в зависимости от вида теплогенераторной установки составляет 0,5-4 кв.м. По желанию заказчика возможно изготовление генератора для работы в агрессивных средах. Вихревые теплогенераторы различной мощности выпускаются и другими предприятиями.
Вы можете задать свой вопрос при помощи формы обратной связи: [contact-form-7 title=»Заявка»]
ООО ТЕПЛОСТРОЙМОНТАЖ имеет год основания 1999г. |
Новый подход к избирательному охлаждению мозга с помощью вихревой трубки Ранка-Хилша | Интенсивная медицина Экспериментальная
Подготовка животных и методика эксперимента
Эксперименты были проведены на десяти молодых помесных свиньях дюрок × Ландрас возрастом примерно 2–3 месяца и весом 29 ± 2 кг. Количество животных, использованных в наших экспериментах, было определено на основании проведенных нами аналогичных пилотных исследований и обзора литературы [21–23]. Все эксперименты на животных были одобрены Подкомитетом по использованию животных Канадского совета по уходу за животными в нашем учреждении.Методы выполнялись в соответствии с утвержденными инструкциями. Во время подготовительной операции свиней анестезировали 3–4% изофлураном. Животное было интубировано эндотрахеальной трубкой с манжетами и вентилировалось механическим вентилятором с регулируемым объемом для доставки смеси кислорода и медицинского воздуха (2: 1). Катетеризовали бедренную артерию, чтобы контролировать частоту сердечных сокращений (ЧСС) и среднее артериальное кровяное давление (САД), а также периодически собирать образцы артериальной крови на наличие газов ( p а CO 2 , p а О 2 , Ю а O 2 ), электролит ( cNa + , ск + , cCl — и cCa 2+ ), pH и анализ глюкозы.Канюлю вставляли в ушную вену для инфузии пропофола (AstraZeneca Pharmaceuticals Canada Inc.). Артериальная СО 2 напряжение ( р а CO 2 ) поддерживалась нормокапния на уровне от 37 до 42 мм рт.ст., регулируя частоту и объем дыхания. Конечное выдыхательное давление CO 2 (EtCO 2 ), дыхательный объем, частота дыхания, пульсоксиметрия (SpO 2 ) и ЧСС постоянно измерялись с помощью многопараметрического монитора (SurgiVet Advisor Vital Signs Monitor V9200, Smiths Medical, Дублин, Огайо, США).Периодически контролировали уровень глюкозы в крови, и если он падал ниже 4,5 ммоль / л, внутривенно вводили 1-2 мл 25% раствора декстрозы. Газы артериальной крови измерялись каждый час во время фаз охлаждения и поддержания с помощью анализатора газов крови (ABL80 FLEX CO-OX, Radiometer Medical ApS, DK-2700, Brønshøj, Дания) и поддерживались в пределах нормы в течение экспериментального периода.
Температуру тела измеряли непрерывно с помощью пищеводного и ректального температурных датчиков, подключенных к одному и тому же монитору SurgiVet (температурный датчик WWV3418, Smiths Medical, Дублин, Огайо, США).Температуру мозга также непрерывно измеряли с помощью термопарного зонда. Отверстие диаметром 15 мм было просверлено в черепе на 1,5 см кзади и на 1,5 см латеральнее брегмы по средней линии с помощью инструмента Dremel. Зонд с игольчатой термопарой вводился через отверстие в мозге на глубину ≈2 см от поверхности мозга для измерения температуры мозга.
После операции каждую свинью поместили ничком на кушетку 64-срезового компьютерного томографа (GE Healthcare, Waukesha, WI, USA) и обернули вместе с нагретой подушкой с рециркуляцией воды в льняное одеяло.Анестезия поддерживалась вентиляцией изофлураном (0,5–1,5%) и внутривенной инфузией пропофола (30–50 мл / ч и 10 мг / мл). Мы дополнили изофлуран для анестезии пропофолом, чтобы избежать чрезмерной активации каналов K ATP , приводящей к гиперкалиемии [24]. Перед тем, как начать интраназальное охлаждение с помощью охлаждающего устройства на основе вихревой трубки, оставался период не менее 30–45 минут для стабилизации физиологических условий (рис. 1). Концентрация изофлурана и скорость инфузии пропофола были скорректированы в соответствии с изменением жизненно важных показателей, таких как артериальное давление, ЧСС, уровни электролитов и болевая реакция свиньи.
Рис. 1Схематическое изображение охлаждающего контура, используемого для интраназального охлаждения мозга. Также на изображении показан клинический прототип
.После периода стабилизации интраназальное охлаждение головного мозга было инициировано продувкой холодного воздуха (–3 ± 2 ° C) со скоростью 40–50 л / мин в обе ноздри в течение 50–60 минут. Как только температура головного мозга стабилизировалась на целевой температуре 34 ± 1 ° C, измеренной внутричерепной термопарой, скорость потока была снижена до 30-40 л / мин, а температура воздуха увеличилась до 1 ± 3 ° C для поддержания целевой температуры в течение 6 ч при внутренней температуре тела (т.е. ректальную и пищеводную температуру) поддерживали выше 36 ° C, используя нагретую прокладку с рециркуляцией воды и упаковывая перчатки, наполненные горячей водой, вокруг тела свиньи в льняное одеяло. После 6 часов охлаждения температуре мозга давали возможность постепенно вернуться к исходной температуре через 2,5 часа за счет повышения температуры воздуха до 14 ± 2 ° C и регулирования скорости потока до 10–30 л / мин. Активное согревание проводилось как в период обслуживания, так и в период согревания. Каждый эксперимент завершался в течение 13–14 часов, и животное умерщвляли внутривенной инфузией хлорида калия (1–2 мл / кг, 2 мэкв / мл).
Метод интраназального охлаждения мозга
Коммерчески доступная вихревая трубка (регулируемый пистолет холодного воздуха, ITW Vortec Ltd.) представляет собой компактное и простое механическое устройство, которое может производить холодный воздух с различными температурами и расходами из потока сжатого газа без любые движущиеся части, химические реакции или внешний источник энергии. Источником сжатого воздуха служили либо баллоны с медицинским воздухом, поставляемые L’Air Liquide Ltd. (Сент-Томас, Онтарио, Калифорния), емкостью 6569 л при давлении наполнения 15 617 кПа, пониженном до 344 кПа, либо больничный медицинский воздух. на выходе при фиксированном давлении на выходе 344 кПа.Сжатый воздух высокого давления от любого источника подавался на входное сопло электропневматического регулятора давления (PULSTRONIC II, серия 605, Numatics Inc.) для контроля и точного регулирования давления сжатого воздуха перед входом в вихревую трубку. Затем сжатый воздух проходил через камеру генерации (внутри вихревой трубы), которая создавала вихри внутри трубы и заставляла поток сжатого воздуха разделяться на холодный и горячий поток, движущийся в противоположных направлениях в трубе.Доля сжатого воздуха, выходящего в виде холодного воздуха (также называемая соотношением холодных фракций), регулировалась дроссельной заслонкой через шаговый двигатель (IMDE17-M Integrated Motor / Driver, RMS Technologies Inc., NV, США). И температура, и скорость потока холодного воздуха постоянно контролировались и отслеживались микропроцессорным цифровым контроллером, который включал систему обратной связи (микроконтроллер Atmel AVR, 8-битный ATmega64A с 64 Кбайт внутрисистемной программируемой флэш-памятью). Он автоматически регулировал входное давление и соотношение фракций на основе желаемой температуры холодного воздуха на выходе и скорости потока из вихревой трубки, чтобы точно контролировать температуру мозга и скорость повторного согревания на протяжении экспериментов.Кроме того, температура воздуха, выходящего из выпускного отверстия для холодного воздуха вихревой трубки, контролировалась и непрерывно регистрировалась с помощью термометра (Thermometer / Data Logger, Hh409A, с четырьмя входами для термопар типа K, Omega Engineering, Стэмфорд, Коннектикут; разрешение 0,1 ° C) . Интраназальное охлаждение головного мозга достигалось путем подсоединения двух назальных катетеров (из поливинилхлорида, ПВХ) к трубке от выхода холодного воздуха вихревой трубки. Катетеры покрывали 2% гелем лидокаина для местной анестезии и обеспечения их лучшего контакта с носовыми раковинами в полости носа и вводили на 8–10 см в каждую ноздрю.Термистор был также помещен внутрь одного из двух назальных катетеров для контроля температуры внутри носовой полости на протяжении экспериментов. На рис. 1 представлена схема экспериментальной установки.
КТ-исследование перфузии для измерения CBF
У семи свиней после базового (нормотермия) КТ-исследования перфузии повторные исследования собирали каждые 2 часа на протяжении фаз охлаждения и повторного согревания. Все КТ-исследования перфузии были получены с помощью 64-срезового КТ-сканера GE Healthcare VCT.Каждое КТ-исследование перфузии начиналось с разведывательной компьютерной томографии для выбора местоположения КТ-срезов для включения в исследование. Для исследования каждая свинья получила инъекцию 1,0 мл / кг йодированного контрастного вещества иогексола (370 мг I / мл; Isovue ™, GE Healthcare, Waukesha, WI) со скоростью 3,0 мл / с в головную вену. Последовательные (динамические) компьютерные томограммы были получены с использованием 80 кВп и 200 мА один раз в секунду в течение 40 с. В каждом исследовании было получено восемь смежных коронарных срезов толщиной 5 мм с полем обзора 16 см, охватывающим всю голову свиньи.Карта CBF каждого среза была создана из набора динамических изображений с использованием программного обеспечения CT Perfusion (GE Healthcare). Используя собственный программный пакет, разработанный в среде разработки IDL (ITT Visual Information Solutions, Боулдер, Колорадо), области интереса (ROI) были вручную нарисованы, чтобы охватить весь мозг на каждой из карт CBF для считывания среднего CBF. в пределах РИ.
Сбор данных МРТ
После периода охлаждения и обслуживания, чтобы оценить влияние охлаждения носа на верхние дыхательные пути, трем свиньям была сделана МРТ-сканирование с использованием 3-Т МР-сканера (ПЭТ / МР-сканер Biograph, Siemens Medical Systems , Эрланген, Германия) с восьмиканальными катушками головного массива.Последовательности МРТ включали трехмерную Т1-взвешенную последовательность эхо-сигналов с вызванным градиентом (время повторения (TR) / время эхо (TE), 2000 мс / 3,1 мс; толщина среза, 1 мм; поле зрения (FOV), 22 × 22 см). ; матрица, 256 × 256), T2-взвешенная последовательность спинового эха (TR / TE, 6100 мс / 99 мс; толщина среза, 5 мм; FOV, 15 × 15 см; матрица, 448 × 314), T2-взвешенная последовательность (величина восстановления турбо-инверсии, TR / TE, 4780 мс / 41 мс; FOV, 15 × 15 см; толщина среза, 5 мм; матрица, 320 × 224), и последовательность восстановления с инверсией с ослаблением флюида (TR / TE, 9000 мс / 96 мс; FOV, 13.6 × 12,3 см; толщина среза 5 мм; матрица, 256 × 232). Диффузионно-взвешенное изображение было получено с использованием эхо-планарного метода со следующими параметрами: TR / TE, 12 500 мс / 85 мс; FOV, 20,6 × 20,6 см; толщина сечения 5 мм; матрица, 160 × 160, b значений 0 и 1000 с / мм 2 ) и карты кажущегося коэффициента диффузии (ADC) были рассчитаны автоматически с помощью программного обеспечения MRI. Продолжительность сбора для каждой комбинации составляла 15 мин. Снимки МРТ до и после 7 часов интраназального охлаждения были оценены радиологом (опыт работы 10 лет).
Статистический анализ
SPSS 17.0.0 (SPSS, Inc., Чикаго, Иллинойс) использовался для всех статистических анализов. Контролируемые физиологические параметры и показатели жизнедеятельности были проанализированы с помощью повторных измерений ANOVA с последующим апостериорным тестом с поправкой Бонферрони для определения статистических различий в разное время внутри группы и между группами в разное время. Вариация внутри субъекта предполагается постоянной, а наблюдения внутри субъекта независимы. Статистическая значимость была основана на значении p <0.05. Все данные представлены как среднее значение ± стандартное отклонение (SD), если не указано иное.
Сделай сам Самодельная вихревая охлаждающая трубка Ранка-Хилша
Ничто так не говорит мне о выходных, как самодельная вихревая охлаждающая трубка! Ну, может, и нет … но я всегда хотел такую, и их действительно не так уж сложно сделать. Я построил один за один день в гараже из трубы ПВХ, клея, нескольких фитингов, регулируемого зажима и некоторых пил и опилок … Самое классное в них то, что в них нет движущихся частей или размеров с высокими допусками, которые нужно удерживать при изготовлении. Ваша собственная охлаждающая трубка Vortex! Все, что вам нужно после постройки, — это сжатый воздух, чтобы заставить его работать, и вы выводите горячий воздух с одного конца, а холодный — с другого.Вот как я сделал охлаждающую трубку и немного о том, как они работают. Первое изображение ниже — это то, что у меня получилось. С такими устройствами вы можете получить охлаждение от 10 до 70 ° C. У меня около 15 градусов Цельсия, но я уверен, что смогу получить больше, если немного поработаю с ним. ОБНОВЛЕНИЕ8/28/10: Я добавил несколько видеороликов, объясняющих, как я построил этот ЗДЕСЬ !!
Оцените их!
| Готовая охлаждающая трубка Vortex |
Эти устройства существуют уже давно и имеют практическое применение в промышленных приложениях, от швейных машин до сварки. Принцип работы заключается в том, что сжатый газ под значительным давлением направляется в трубку через тангенциальные отверстия или сопла где-то около середины трубки.По сути, эти отверстия входят в трубку «прямо на краю», так что, когда газ входит, он создает «закрученный вихрь» газа. Звучит как высокотехнологичный !!! Газ закручивается по трубке, и происходит процесс разделения из-за кинетической энергии в газе, и в результате получается более холодный газ в центре трубки и более горячий газ снаружи. Более холодная область может быть и обычно холоднее, чем газ, поступавший в трубку через впускные сопла.
| Эскиз в разрезе того, что происходит внутри |
Вот грубый набросок того, что происходит внутри, я сделал.Газ поступает в трубку с левой стороны чертежа через отверстия с надписью «Входящий воздух». Зеленая спираль показывает, как газ закручивается вправо, где он впадает в блок конической формы, который можно регулировать в трубе и из нее. Когда он попадает в конус, более горячий газ откачивается по внешней стороне конуса, а охладитель продолжает вращаться внутри в другом направлении. Когда более холодный газ возвращается туда, где находятся сопла, он достигает отверстия в трубке, которое позволяет более холодному газу выходить с левой стороны на чертеже.Отверстие предназначено для выпуска холодного газа, но также для облегчения завихрения входящего газа и его движения в правильном направлении (справа на рисунке). Регулировка конусообразного блока внутрь и наружу позволяет регулировать соотношение количества воздуха, выходящего с каждого конца трубки, балансируя поток, и изменяя разницу температур между горячим и холодным концом.
Для изготовления моей охлаждающей трубы Vortex я использовал трубу из ПВХ с внутренним диаметром около 0,81 дюйма. Рассматривая формулы конструкции «настоящей трубы вихревого охлаждения», вы обычно хотите, чтобы длина горячего конца трубы была примерно в 45 раз больше диаметра или, в моем случае, примерно в 36.5 дюймов. Это длина на рисунке выше от впускных форсунок до конусного запорного клапана. В соответствии с этой мыслью, вот некоторые другие размеры, которым я следовал при создании своей трубки:
Внутренний диаметр трубки. = 0,81 дюйма
Длина горячего конца = 45 x 0,81 = 36,5 дюйма (немного округлить)
Длина холодного конца = 10 x 0,81 = 8 (здесь тоже немного округлить)
Размер отверстия = 1/2 внутреннего диаметра трубки или около 0,40 дюйма (приблизительное округление точности логарифмической линейки)
Входные сопла = 0.12 дюймов, и я просверлил 5 из них
| Вихревая камера |
Увеличенный вид «вихревой камеры», как я ее называю — вот где впускные сопла и Для изготовления этой части я взял кусок трубы из ПВХ и разрезал его так, чтобы длина горячего конца и длина холодного конца соответствовали указанным выше размерам (прокрутите вниз до нарисованного от руки изображения поперечного сечения при чтении эта часть, чтобы помочь понять, что я объясняю) Затем я взял тонкий кусок пластика и вырезал из него круг того же диаметра, что и Внешняя сторона 0.81 I.D. Трубка из ПВХ — внешний диаметр составлял около 1,05 дюйма (т.е. 1 дюйм трубы). Я просверлил отверстие в пластике диаметром около 0,40, чтобы сделать отверстие. Затем я взял трубную муфту из ПВХ толщиной 1 дюйм, подпилил и отшлифовал внутреннюю часть так, чтобы трубы из ПВХ проходили насквозь. Я вставил горячую и холодную трубки в эту муфту, захватив холодную диафрагму между ними — без клея. точка
| Диафрагма |
На изображении сверху холодный конец трубки смотрит вниз на диафрагму.Вы можете увидеть отверстие диаметром 0,40. Я пометил горячую и холодную трубки, а также муфту, чтобы я мог разобрать ее и собрать в той же ориентации … затем я разобрал ее и приклеил только к горячей трубке. Затем я просверлил 5 отверстий через муфту и в трубку под углом (тангенциальным) как можно ближе к концу горячей трубки.
На самом деле мой помощник Отто-младший помог мне просверлить отверстия! Сверление упростили за счет запуска отверстий ножом Exacto.
ОБНОВЛЕНИЕ 28.08.10: Я добавил несколько видеороликов, объясняющих, как я построил этот ЗДЕСЬ
Проверьте это!
Итак, теперь две отрезанные части размером 1/4 дюйма (красные на картинке выше) образуют концы камеры, обозначенной как «Зона впускного воздуха», а большая 2-дюймовая трубная муфта образует внешнюю часть (пурпурный). Все это должно иметь один впускной штуцер, чтобы воздух попадал в зону впускного воздуха, а оттуда он мог попасть в 5 впускных сопел. У меня могло быть только одно впускное сопло или пять воздуховодов в каждое отверстие, но описанный выше метод работает лучше и его очень весело делать! Я просверлил одно отверстие во внешней муфте и вкрутил фитинг 1/4 Tube X 1/4 NPT в пластик ПВХ.Я нанес много клея ПВХ и просверлил отверстие маленького размера, чтобы фитинг нарезал собственную резьбу. Блок конуса я отвернул на самодельном токарном станке и вклеил в него болт. Болт ввинчивается в конец хомута DeStaCo, который проходит через трубную заглушку из ПВХ. Я вырезал в трубке выемку, чтобы выпустить горячий воздух, и нарисовал градуировку на конусе, чтобы понять, насколько сильно я могу регулировать, когда перемещаю красный рычаг.
Вот конусный запорный клапан, установленный в конце трубы.
Вот и все! Я прикрепил воздушный шланг к трубному фитингу, который вкрутил сбоку, надел защитные очки и включил компрессор. Эти штуки издают много шума и становятся довольно теплыми / холодными на своих концах.
Не забудьте взглянуть на ЭТУ ссылку, чтобы увидеть некоторые другие вещи, связанные с Vortex Tube (и другие вещи), которые я построил.
Для еще одной классной версии D.И.Я. Ranque Hilsch Vortex Cooling Tubes и много полезной информации нажмите ЗДЕСЬ
Самодельные охлаждающие трубки Ranque Hilsch Vortex: часто задаваемые вопросы
Одна из самых популярных вещей, которые я делал и о чем писал в блоге, — это построенные мной вихревые трубки Ranque Hilsch. Я получаю много писем с вопросами о RHVT и способах их создания. На большинство этих вопросов нет простых однозначных ответов, потому что при их создании задействовано очень много переменных, но можно сделать некоторые обобщения.Недавно я решил создать страницу часто задаваемых вопросов, и с помощью коллеги и онлайн-соавтора: Тео М. мы попытались ответить на некоторые вопросы, которые мне задавали люди. Я вовсе не эксперт в этих вещах и знаю только то, что знаю, читая информацию в Интернете и из своих собственных экспериментов. Если вы планируете создать один из них, просмотрите всю информацию, которую предлагает сеть, и обязательно свяжитесь со мной, если у вас возникнут какие-либо вопросы. В конце этого поста я поместил несколько ссылок, которые считаю полезными.
Как всегда, при работе с чем-либо потенциально опасным (например, сжатым воздухом) всегда надевайте соответствующее защитное снаряжение, например, защитные очки, и знайте, что вы делаете. Если у вас есть какие-либо вопросы, которых нет в этом FAQ или на них нет четкого ответа, напишите мне по адресу [email protected] или оставьте комментарий, и я буду рад вам ответить!
| Инструкции по самодельной вихревой трубке из ЭТОЙ публикации |
Если я получу больше вопросов в электронных письмах и комментариях в моем блоге, я отвечу на них ниже в этом сообщении и обновлю дату ниже.Я выделю любую новую информацию в посте, чтобы ее было легко найти.
ОБНОВЛЕНИЕ ЧАВО: 21.07.11
Возвращайтесь почаще, если вам интересно, или после того, как вы зададите мне вопрос. Я отвечу вам прямо и добавлю ваш вопрос и ответ в этот пост. Продолжайте читать ответы на часто задаваемые вопросы и ссылки!
В качестве отправной точки для размышлений о создании своей собственной вихревой трубки Ранка Хилша я составил несколько «практических правил», которые я использовал при определении того, какие материалы использовать при создании трубки.Этот список основан на том, что я прочитал, и на экспериментах, которые я провел. «Эксперименты» в данном случае означают то, что я построил, но который не работал слишком хорошо. Ознакомьтесь с этими «правилами», прежде чем читать приведенные ниже часто задаваемые вопросы.
1) Начните с трубы с внутренним диаметром, которая удобна и относительно маленький — 5/16 дюйма — хорошее место для начала. Выберите материал трубки, который является теплоизолятором, если возможно, например, пластик. Имейте в виду, что чем больше трубка, тем больше вам понадобится компрессор.
2) Для начала Сделайте так, чтобы горячий конец трубки был примерно в 45 раз больше внутреннего диаметра трубки — это обычное место для начала, более короткий тоже может работать, но я начинаю с более длинной трубки.Ведь его всегда можно разрезать!
3) Отверстие для холодного воздуха должно составлять примерно 0,50 внутреннего диаметра трубки. Как и все остальное, это предмет переговоров, но 1/2 ID трубки мне подходит. Если возможно, упростите удаление этой части, чтобы вы могли ее заменить и посмотреть, что произойдет.
4) Входные сопла имеют диаметр примерно 0,11 внутреннего диаметра трубки. Их количество и даже размер зависит от того, сколько воздуха вы можете доставить без потери давления. Вы должны учитывать общую площадь всех форсунок, и чем больше форсунок, тем лучше, поэтому иметь одну большую будет не так хорошо, как несколько меньших.См. Вопрос ниже «Сколько впускных отверстий лучше всего…» Важно то, что сопло (сопла) касаются внутреннего диаметра трубки. Вы хотите, чтобы они касались друг друга, чтобы воздух попадал в трубку, «крутящуюся» вокруг внутренней стенки. внимательно посмотрите на приведенную выше диаграмму. Небольшой угол в сторону хот-энда тоже не повредит.
5) Длина конца трубки для холодного воздуха не должна превышать 10-кратный внутренний диаметр трубки. На самом деле вам даже не нужно иметь на конце трубку холодного воздуха, просто убедитесь, что обратное давление мало или отсутствует.В литературе много написано о трубке с холодным воздухом, и лучшая трубка, которую я построил, на самом деле не имела трубки с холодным воздухом. Посмотрите на картинку выше.
6) Вихревая камера может быть больше внутреннего диаметра трубки, если между ними есть плавный переход, но она также может быть того же размера, что и внутренний диаметр трубки. Некоторые исследователи обнаружили, что увеличение внутреннего диаметра входной области и переход вниз, как воронка, в конечном итоге достигают внутреннего диаметра трубки, работают хорошо. Это сложная форма, которую можно сделать с помощью гаражных инструментов, поэтому я не беспокоюсь.
7) «Холодный клапан» на конце горячего конца должен быть суженным и с тупым концом. Вогнутая точка тоже иногда может работать лучше, и положение этого клапана относительно конца трубки должно быть регулируемым — в конце концов, это клапан! Я обнаружил, что конический цилиндр с тупым концом в форме пули работает хорошо. Сделайте эту часть съемной, чтобы вы могли снять ее и либо отрезать длинный конец (см. 2 выше), либо попробовать другие формы. Некоторые люди даже просверливают отверстие в конце, чтобы выпускать холодный воздух коаксиально с горячим.На схеме выше я использовал болт, вращающийся вихревой воздух «откручивал» резьбу болта.
| Моя вихревая трубка, снятая с помощью тепловизора Из ЭТОГО видео |
Q — Как работает вихревая трубка Ранка-Хилша?
A — я не уверен! На самом деле, похоже, существуют конкурирующие теории относительно того, что происходит внутри, что заставляет его делать то, что он делает, но что он делает? Вихревая трубка Ranque Hilsch Vortex Tube — это устройство без движущихся частей, в которое вы вводите воздух и выпускаете воздух, один конец которого холоднее, чем воздух, который вы в него вводите, а на другом конце воздух горячее, чем воздух, который вы в него вводите.Таким образом, RHVT каким-то образом разделяет входящий воздух на два выходных потока, один из которых горячее входящего, а другой холоднее. Действительно здорово, если подумать!
Q — Сколько холодного воздуха я получу и какой температуры он будет?
A — Вихревые трубы лучше охладители, чем нагреватели, фактически изоэнтропическая эффективность максимальна, когда доля холодного воздуха составляет около 0,7 или 0,8, а эффект Ранка-Хилша увеличивается при высоких значениях доли холодного воздуха.Другими словами, эффекты охлаждения / нагрева будут меняться в зависимости от соотношения входящего и холодного воздуха (доля холодного воздуха). Чем ниже доля холодного воздуха, тем больше будет падение температуры холодного воздуха и, как правило, ниже будет повышение температуры горячего воздуха.
Q — Насколько «большой» компрессор необходим для работы RHVT?
A- На этот вопрос нет простого ответа, потому что существует очень много переменных, но, как правило, по мере увеличения диаметра трубы, количество необходимого воздушного потока увеличивается.Таким образом, для охлаждения и нагрева большого количества воздуха вам понадобится большой компрессор, способный подавать большой объем воздуха без падения давления. Если посмотреть на имеющиеся в продаже пробирки, вы увидите, что вам нужно как минимум 2 SCFM при 100 фунтах на кв. Дюйм или более. Также посмотрите на номер 4 в приведенных выше «эмпирических правилах».
Q- Какую самую холодную температуру воздуха я могу ожидать от RHVT?
A- Другой способ задать этот вопрос — какое падение или повышение температуры я могу ожидать ниже (или выше) температуры газа на входе.Это зависит от того, насколько хороша трубка, которую вы построили, и каково соотношение холодного воздуха. Если вы прочитали весь этот пост, то уже знаете, что это зависит от множества факторов.
Q — Как я могу отрегулировать соотношение холодного воздуха?
A — Соотношение холодного воздуха обычно регулируется с помощью «конического клапана» холодного воздуха или аналогичной «заглушки» рядом с горячим концом трубки. Этот клапан обычно имеет форму конуса, хотя использовались и другие формы, и его регулировка внутрь и наружу изменяет количество горячего воздуха, выходящего из трубки, что также меняет количество выпущенного холодного воздуха.Поскольку конусный клапан имеет форму конуса, толкая его в трубу, уменьшается площадь вокруг открытого конуса (кольцевое пространство), и вы получаете меньше горячего воздуха.
Q — Можно ли регулировать температуру более холодного воздуха?
A- Конечно, может! Просто измените соотношение холодного воздуха, открыв или закрыв конусный клапан. См. Вопрос выше «Как я могу отрегулировать соотношение холодного воздуха?»
Q — Какой внешний диаметр трубы мне следует использовать?
A — Внешний диаметр трубки не имеет значения, важен внутренний диаметр.Взгляните на «эмпирические правила» в верхней части этого поста. Изолированная трубка может увеличить внешний диаметр, но в остальном это не имеет большого эффекта.
Q — Из чего должна быть сделана трубка?
A — Для трубки подойдет все, что угодно, но обычно материал, который является хорошим теплоизолятором, лучше для рабочих характеристик, по крайней мере, по моему опыту. Пластик работает хорошо, потому что с ним легко работать, и вы обычно можете найти больше размеров, поэтому найти что-то, что подходит для того, что вы создаете, проще.
Q — Сколько впускных отверстий лучше всего подходит для трубки с внутренним диаметром около 3/8 дюйма?
A — Количество впускных форсунок и их диаметр могут иметь большое значение, чем больше впускных патрубков, тем лучше. Эффект Ранка-Хилша основан на разнице кинетических энергий, и частицы жидкости имеют разные скорости, если входные сопла достаточно узкие. Самая удачная труба, которую я построил, имела внутренний диаметр около 11/32 дюйма и использовала 2 входных отверстия. Взгляните на ЭТО пост и размеры, а также на видео, которое я сделал, если конструкция! Также посмотрите на 4) «Практических правил» выше.Q- Как я могу рассчитать размер вихревой трубки для соответствия необходимому количеству охлажденного воздуха?
A- Я бы подошел к этому вопросу, зайдя в интернет и просмотрев коммерчески доступные RHVT, доступные для покупки, и использовал их в качестве справочного материала. Существует довольно много данных, которые показывают размер трубы, требования к воздуху, БТЕ / час и падение температуры для различных соотношений фракций холодного воздуха. Я находил в сети тот, который выглядел бы так, как будто он удовлетворит мои потребности, и затем принимал решение либо купить его, либо попытаться сделать это, либо что-то подобное сам.
Q — Могу ли я использовать RHVT для приготовления мороженого или охлаждения дома?
A — Да! И если вы отправите мне фотографии по электронной почте, я бы хотел их увидеть!
Q — Поскольку трубка забирает воздух одной температуры и делает его более горячим и холодным, создает ли она энергию?
A — Нет, не думаю. Законы физики и естественный порядок Вселенной предотвращают подобные вещи. Если вы посмотрите, сколько энергии вы тратите на сжатие воздуха по сравнению снасколько холодным / горячим выходит воздух, вы поймете, что теряете много энергии, а не создаете ее. Но если вам удастся создать энергию с помощью RHVT, немедленно свяжитесь со мной, я хочу поговорить с вами.
| Моя самая успешная трубка вихревого охлаждения Ранка-Хилша на сегодняшний день |
Опять же, если у вас есть какие-либо вопросы, пожалуйста, оставьте комментарий или отправьте мне письмо по адресу [email protected]
Ссылки:
Эта первая ссылка содержит больше информации, чем вам когда-либо понадобится.Он начинается на иностранном языке, но текст на английском.
Вот сайт, на котором есть много информации от парня, который делает свои собственные трубки. Обязательно проверьте это и обязательно посмотрите его страницу с ссылками для информации
Как записать видео о том, как я строю трубку, лучшие инструкции в сети ИМХО
Вот статья, которая мне очень помогла. при создании и понимании RHVT
ОБНОВЛЕНИЕ 21.07.11 : Вот ссылка на видео некоторых студентов инженерных специальностей, которые построили трубу на основе моей первой конструкции.ССЫЛКА Вот ссылка на мой первый дизайн ССЫЛКА
11- ДИАПАЗОН ВИХРЕВОЙ ТРУБКИ
(1) Вихревая трубка Ранка-ХилшаЯ хотел построить эту трубку очень быстро, поэтому я старался сделать ее максимально простой. На удивление с этой трубкой я показал наилучшие результаты! При температуре воздуха на входе 23,4 ° C (74 ° F) и давлении воздуха около 551 кПа (80 фунтов на кв. Дюйм) Давление , наилучшая температура горячего конца трубки составляла 44 ° С.8 ° C (112 ° F) и лучший холодный конец был -13 ° C (8,6 ° F). Это колоссальная разница в 57,8 ° C между горячим и холодным концом, а холодный конец был ниже . замораживание. Может быть, раннее рождественское чудо? .. Читайте дальше, чтобы узнать! К сожалению, я не смог измерить воздушный поток во время эксперимента, но я точно знаю, что компрессор в моем домашнем гараже не смог получить эти результаты, потому что он не мог поддерживать давление воздуха при скорости потока, требуемой для этой трубки. Чтобы получить что-нибудь Так случилось, что мне пришлось взять эту вихревую охлаждающую трубку в свою работу и запустить ее на компрессоре промышленного размера.
Вот обзорная диаграмма компонентов, используемых в этой трубке. На его создание у меня ушло около часа. и, как всегда, была сделана из дерьма, которое я валял в моем гараже (и в гостиной, на кухне и т. д.). Ты должен иметь возможность нажимать на картинку для лучшего просмотра.
Самодельная конструкция вихревой охлаждающей трубки Ранка-Хилша
Ниже приведены краткие сведения о критических размерах и характеристиках этой вихревой трубки: Внутренний диаметр трубки: 8,17 мм 0,340 дюйма
Отверстие для холодной плиты: 6.35 мм 0,250 дюйма 2 впускных сопла каждая: 1,57 мм 0,062 дюйма Длина: 400 мм 15,75 дюйма Давление воздуха на входе: 551 кПа 80 фунтов на квадратный дюйм Температура входящего воздуха: 23,4 ° C 74 ° F Горячая температура на выходе: 44,8 ° C 112 ° F Холодная температура на выходе: -13 ° C 8,6 ° F
В этой вихревой трубке использовалась труба 1/4 дюйма сортамента 40 из ПВХ с внутренним диаметром 0,344 дюйма. и O.D. из 0,540 дюйма. Эта труба считается 1/4 дюйма, хотя в ней нет размера 1/4 дюйма, и она изготовлена компания под названием Harvel, ЗДЕСЬ есть ссылка на их сайт.В литературе есть много свидетельств того, что трубка который вы используете, должен быть термически непроводящим или, если это хороший проводник (например, металл), он должен быть
утеплен. Я решил использовать ПВХ, потому что он у меня лежал, и из трех вихревых трубок, которые я сделал металлический работал не очень хорошо. Металл мог быть причиной плохой работы.
Я читал, что наличие более одной впускной форсунки обычно работает лучше, чем одна, поэтому я решил пробурить две из них. их.(Последняя металлическая трубка, которая не работала, имела одно входное отверстие). Чтобы воздух попал в обе форсунки, я проделал канавку
(2)вокруг внешней стороны пластиковой трубки 1/4 дюйма, чтобы сделать коллектор. Я выбрал 0,062 дюйма для диаметра форсунок. потому что это было сверло, которое осталось в патроне от последнего проекта.
Впускная канавка вихревой трубки и отверстие для впускного сопла
На приведенном выше рисунке вы можете увидеть желобчатый коллектор и одно из отверстий для впускных жиклеров. Есть еще один впускной жиклер отверстие на другой стороне трубки.Канавка позволяет воздуху обтекать трубку и попадать в форсунки при этот конец позже вставляется в блок. Взгляните еще раз на приведенную выше строительную схему и прочтите, если это пока не ясно.
Чтобы воздух вращался вокруг внутренней части трубки (а не только вдувал ее в центр), жиклер отверстия нужно было просверлить по касательной к внутренней стене. Я решил просверлить их таким образом, чтобы vortex, чтобы вращаться по часовой стрелке, если смотреть с холодного конца трубки.Я сделал это потому что Я использовал болт 3/8 дюйма в качестве «конического клапана», и он имеет правую резьбу. Таким образом, горячий воздух циркулирует вокруг у внутренней стенки трубки можно легко «открутить» резьбу болта.
(3)Два отверстия для впускных жиклеров с проволокой, вставленной, чтобы показать соотношение / направление
Как видно из рисунков выше, я просверлил два отверстия, и они находятся на противоположных сторонах трубки. Эти оба просверлены в канавке коллектора, чтобы воздух мог попадать в них, и они находятся под очень небольшим углом к горячий конец трубки.Угол должен помочь отвести воздух от холодного конца. В литературе о Оптимальный угол наклона 5 °, но я просто посмотрел на него, потому что добиться такой точности с помощью небольшого сверла в пластиковой трубке непросто.
Просверлив отверстия в трубе, я просверлил отверстие 0,54 дюйма в квадратном блоке из ПВХ размером 1 дюйм. такой размер, чтобы трубка на изображении выше входила в нее плотно. Затем я просверлил отверстие с резьбой 1/8 NPT в 1-дюймовом Блок под углом 90 ° к первому отверстию для фитинга.Посмотрите картинку ниже!
Нарезание резьбы в отверстии 1/8 NPT под прямым углом к отверстию 0,54 дюйма
На приведенном выше рисунке вы смотрите прямо в отверстие 0,54 дюйма, в которое будет вставлена трубка из ПВХ 1/4 дюйма. и приклеил. Когда я вставлял трубку в это отверстие, я центрировал канавку коллектора прямо под отверстием 1/8 NPT. Таким образом, когда воздух входит через фитинг, он может проходить через пространство, образованное канавкой и добраться до впускных жиклеров. Я сориентировал форсунки под углом 90 ° к фитингу впускной трубы, чтобы обеспечить равномерный поток в каждой форсунке, поэтому на картинке выше струи будут горизонтальными.
После приклеивания трубки 1/4 «к блоку из ПВХ толщиной 1» я установил фитинг и термопару для измерения температура воздуха на входе. Последним шагом была заточка болта 3/8 дюйма, чтобы получился конический клапан.
(4)Моя самодельная охлаждающая трубка Vortex
Вот фото готовой трубки. Вы можете увидеть зону воздухозаборника в правом нижнем углу изображения с Квадратный блок из ПВХ размером 1 дюйм и воздушные фитинги. / Термопара. Холодный конец трубки торчит в правом нижнем углу. представляет собой две части трубки белого цвета.Эти белые трубки составляют холодную тарелку и представляют собой не более чем Трубка Kynar диаметром 1 дюйм и 4 внутренним диаметром вставлена в патрубок с внешним диаметром 3/8 дюйма. Затем обе силиконовые трубки вставляются в трубку из ПВХ. Непонятно, не правда ли? Вернитесь к схеме конструкции в верхней части этого поста, и она сделает больше смысла. Также посмотрите захватывающее видео в конце этого поста !!
Последний шаг, о котором я упомянул выше, — это заточить болт 3/8 дюйма, чтобы сделать конический клапан. Я сделал это, отрезав головку болта и забиваю ее в мой сверлильный станок с торчащей резьбой.Как только я завел его к сверлильному станку я прижал к нему напильник и придал ему форму пули с диаметром около 0,2 дюйма на конце.
Конусный клапан с вихревой трубкой, изготовленный из болта 3/8 дюйма
Как видите, я установил болт на изогнутую часть алюминиевой пластины, чтобы поддерживать его. Я сделал это, потому что я хотел иметь возможность регулировать болт внутри и снаружи трубки. Корректировка была предназначена для изменения суммы горячего воздуха, который выходил, чтобы контролировать температуру. Это позволило мне отрегулировать температуру, и я обнаружил, что самая высокая (и самая холодная) температура была, когда болт полностью вставлен в трубку.Первоначально я имел небольшой кусок 1-дюймового блока из ПВХ с отверстием в нем для поддержки трубки из ПВХ во время установки болта. отрегулировано, но я получил интересные результаты с этой настройкой. Посмотрите на картинку ниже:
(5)Тепловизионное изображение моей трубки Vortex с опорой блока 1 дюйм.
Довольно симпатичная картинка, не правда ли? Кажется, что небольшой кусок опоры из ПВХ на конце трубки действует как радиатор и забирает часть энергии. Я ожидаю, что если я позволю трубке немного поработать, опора из ПВХ достигнет равновесия с температурой трубки, но даже тогда он рассеивает часть тепла.Вот почему пластиковая трубка работает лучше, чем металлическая, а изоляция пластиковой трубки, вероятно, подойдет даже лучше.
После этого первого прогона я решил, что мне не нужно регулировать болт, и поэтому мне не нужно пластиковая подставка. Я установил всю трубку на алюминиевую пластину с болтом, вставленным в трубку, действуя как подставка для трубки. С такой настройкой я получил наилучшие результаты.
(6)Тепловизионное изображение вихревой трубки без опоры.
Ниже представлено видео о конструкции и испытаниях моей вихревой охлаждающей трубки Ранка-Хилша.Если есть что-либо непонятное в этом эксперименте, пожалуйста, оставьте комментарий в блоге или отправьте мне электронное письмо по адресу ottobelden@yahoo.