EP1203888A1

EP1203888A1 - Device for influencing the flow of a fluid medium

Info

Publication number: EP1203888A1
Application number: EP97933984A
Authority: EP
Inventors: Sergei Borisovich Osipenko
Original assignee: Naukovo-virobnicha TECHMASH Ltd Firma
Current assignee: Naukovo-virobnicha TECHMASH Ltd Firma
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-05-08
Publication date: 2002-05-08
Also published as: WO1998042987A1; AU3715297A; EP1203888A4; UA25852C2; RU2139454C1

Abstract

vorgesehen zur Erzeugung geregelter hydrodynamischer Kavitation, z.B. zur Erwärmung des Mediums und/oder Dispersion fester oder flüssiger Stoffe in ihm. Die Vorrichtung umfaßt einen achsensymmetrischen Durchflußkanal zum Durchpumpen des Hauptanteils des strömenden Mediums und eine Öffnung 2 in der Wand des Kanals zur Einführung eines Störungsstrahls in den Hauptstrom und zur Erzeugung hydrodynamischer Kavitation. Zur Reduzierung der hydraulischen Verluste und des Lärms und zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und des Wirkungsgrades führt die genannte Öffnung direkt in den Kanalraum; ihre geometrische Achse kreuzt die geometrische Achse des Kanals unter einem Winkel, der in einem Bereich zwischen -60° bis +45° gewählt wird. Dabei sollten vorzugsweise mehrere solcher Öffnungen 2, 3 zum Einführen von Störungsstrahlen desselben oder eines nach der chemischen Zusammensetzung anderen fließenden Mediums in den Hauptstrom vorhanden sein. <IMAGE>intended for the generation of controlled hydrodynamic cavitation, e.g. for heating the medium and / or dispersion of solid or liquid substances in it. The device comprises an axially symmetrical flow channel for pumping through the main part of the flowing medium and an opening 2 in the wall of the channel for introducing an interference jet into the main flow and for generating hydrodynamic cavitation. In order to reduce hydraulic losses and noise and to increase reliability and efficiency, the opening mentioned leads directly into the duct space; their geometrical axis crosses the geometrical axis of the channel at an angle chosen in a range between -60 ° to + 45 °. A plurality of such openings 2, 3 should preferably be present in the main stream for introducing interference jets of the same or a different flowing medium according to the chemical composition. <IMAGE>

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft die Konstruktion von Vorrichtungen zur Beeinflussung der Strömung eines strömenden Mediums, genauer, die Konstruktion von Strömungsgeneratoren geregelter hydrodynamischer Kavitation in einem Strom.The invention relates to the construction of devices for influencing the Flow of a flowing medium, more precisely, the construction of flow generators controlled hydrodynamic cavitation in a stream.

Diese Vorrichtungen können als Grundlage dienen für:

Kavitationswärmegeneratoren, die vorzugsweise in mit Wärmebatterien ausgestatteten autonomen geschlossenen Systemen der Wärmeversorgung (insbesondere der Warmwasserversorgung von Wohn-, öffentlichen und Industriegebäuden) eingesetzt werden können, die von kostenfreien Energiequellen oder über elektrische Leitungen (möglichst zu Zeiten des "Nachttarifs") betrieben werden;

Heizmischer von wenigstens zwei unterschiedlichen flüssigen Stoffen, unabhängig von ihrer Fähigkeit zur gegenseitigen Auflösung und insbesondere für Heizmischer:

zur Vorbereitung von stabilen Wasser-Schweröl-Emulsionen vorzugsweise unmittelbar vor dem Einspritzen in eine Brennkammer, z.B. Dampfkessel, oder in Industrieöfen,
zur Homogenisierung und gleichzeitigen Sterilisierung von Lebensmitteln wie Milch, Gemüse- und Obstsäften u.ä.;

Äußere Durchflußerhitzer/-aktivatoren flüssiger Gemische in Verbindung mit periodisch aktiven behälterartigen chemischen Apparaten;

Durchflußreaktoren/-erhitzer zur Durchführung chemischer Reaktionen;

Reaktoren-Erhitzer zur thermomechanochemischen Bearbeitung viskoser organischer Stoffe, z.B. Thermomechanodestruktion von Abfällen der Rohölbearbeitung.

These devices can serve as a basis for:

Cavitation heat generators, which can preferably be used in autonomous closed systems of heat supply equipped with heat batteries (in particular the hot water supply of residential, public and industrial buildings), which are operated by free energy sources or via electrical cables (if possible at times of the "night tariff");

Heating mixers of at least two different liquid substances, regardless of their ability to dissolve each other and especially for heating mixers:

for the preparation of stable water-heavy oil emulsions, preferably immediately before they are injected into a combustion chamber, e.g. steam boiler, or in industrial furnaces,
for the homogenization and simultaneous sterilization of foods such as milk, vegetable and fruit juices and the like;

External flow heaters / activators of liquid mixtures in connection with periodically active container-like chemical apparatus;

Flow reactors / heaters for carrying out chemical reactions;

Reactor heater for the thermomechanical processing of viscous organic substances, eg thermomechanical destruction of waste from crude oil processing.

Hier und im weiteren sind durch den Terminus "strömendes Medium" bezeichnet:

vorzugsweise Newton'sche Flüssigkeiten (z.B. Wasser, Wasserlösungen, Wasseremulsionen wie Milch, Wassersuspensionen niedriger Konzentration, Biere u.ä), falls es um Stoffe geht, in denen Kavitation erzeugt wird, sowie

zähflüssige nicht Newton'sche Flüssigkeiten wie Schweröle, flüssige Oligomere oder Polymere, der Zusammensetzung nach beliebigen Suspensionen und Emulsionen und Gase (z.B. Luft, Kohlenstoffdioxid u.ä.), falls es um Stoffe geht, die als Störungsstrahlen in den Hauptstrom eines strömenden Mediums eingeführt werden.

Here and below, the term "flowing medium" denotes:

preferably Newtonian liquids (e.g. water, water solutions, water emulsions such as milk, water suspensions of low concentration, beers, etc.), if it concerns substances in which cavitation is generated, and

viscous non-Newtonian liquids such as heavy oils, liquid oligomers or polymers, the composition according to any suspensions and emulsions and gases (e.g. air, carbon dioxide, etc.), if it concerns substances that are introduced as disturbing rays in the main stream of a flowing medium become.

State of the art

Kavitation, d.h. die Störung der Geschlossenheit einer Flüssigkeit aufgrund von lokalen Druckabfällen unterhalb eines kritischen Wertes, der praktisch gleich dem Druck des gesättigten Dampfes dieser Flüssigkeit bei bestimmter Temperatur ist, wird in der Technik üblicherweise als nicht wünschenswerte Erscheinung angesehen. In der Tat verringert Kavitation, die spontan während des Betriebes von Schiffstriebwerken, von Arbeitsrädern von Wasserturbinen und von Arbeitsorganen von Pumpen oder Wassermotoren auftritt, deren Wirkungsgrad, verursacht intensive Erosion, erzeugt starken Lärm und kann zu vorzeitiger (und was besonders gefährlich ist - zu unerwarteter) Zerstörung der genannten Teile der Wassermaschinen führen. Unter genau diesem Gesichtspunkt ist ungeregelte Kavitation und ihre Folgen in den meisten Enzyklopädiehandbüchern beschrieben (s. z.B. Artikel "cavitation", cavitation erosion", "cavitation noise" im Wörterbuch von McGrow-Hill, Dictionary of Scientific and Technical Terms", zweite Ausgabe, S. 261). Cavitation, i.e. the disturbance of the closedness of a liquid due to local Pressure drops below a critical value that is practically equal to the pressure of the Saturated vapor of this liquid at a certain temperature is used in technology Usually considered an undesirable phenomenon. Indeed diminished Cavitation that occurs spontaneously during the operation of marine engines, work wheels occurs from water turbines and from working elements of pumps or water motors, their efficiency, causes intense erosion, generates strong noise and can premature (and what is particularly dangerous - too unexpected) destruction of the above Guide parts of the water machines. From this point of view is unregulated Cavitation and its consequences are described in most encyclopedia manuals (see e.g. Articles "cavitation", cavitation erosion "," cavitation noise "in the McGrow-Hill dictionary, Dictionary of Scientific and Technical Terms ", second edition, p. 261).

Daher werden Verfahren zur Wärmeerzeugung mittels Umwandlung kinetischer Energie einer Flüssigkeit in Wärmeenergie und chemische Prozesse im Strom einer Flüssigkeit gewöhnlich möglichst so durchgeführt, daß Kavitation ausgeschlossen wird.Therefore, methods of heat generation using conversion of kinetic energy a liquid in thermal energy and chemical processes in the flow of a liquid usually carried out so that cavitation is excluded.

Aus der Beschreibung des Urheberscheins der UdSSR 1 627 790 ist z.B. ein Hochreibungswärmegenerator bekannt, in dem die Erwärmung eines flüssigen Mediums infolge seiner Reibung an den Arbeitsorganen erfolgt, die durch einen Windantrieb in Rotation gebracht werden. Dieser Generator arbeitet nahezu laminar, wodurch Kavitation ausgeschlossen wird, und er ist deshalb sehr sicher im Betrieb. Er verfügt jedoch über eine niedrige spezifische Leistungsfähigkeit und ebenso eine niedrige Wärmeproduktivität.From the description of the copyright certificate of the USSR 1 627 790 it is e.g. a high friction heat generator known in which the heating of a liquid medium as a result its friction on the working organs takes place by a wind drive in rotation to be brought. This generator works almost laminar, which causes cavitation is excluded, and it is therefore very safe to operate. However, he has a low specific performance and also a low heat productivity.

Der wesentlich leistungsfähigere und produktivere Wärmegenerator nach dem UdSSR-Urheberschein 1 703 924 verfügt über einen Rückumlaufkreislauf eines flüssigen Wärmeträgers mit einer Zentrifugalpumpe als Mittel zur Flüssigkeitsbeschleunigung und einem Wasser-Wasser Rohrmantelwärmetauscher als Mittel zur Wärmeableitung. Die Erwärmung des flüssigen Mediums erfolgt in einem solchen Wärmegenerator infolge seiner intensiven Verwirbelung. Daher ist zur Vermeidung von Kavitation am mittleren Eingangsstutzen der Pumpe dieses Wärmegenerators eine "Strahlenvorrichtung" (Düse) angebracht, die die Versorgung der Pumpe mit einer unter einem höheren, die Kavitation ausschließenden Druck stehenden Flüssigkeit gewährleistet.The much more powerful and productive heat generator according to the USSR copyright certificate 1 703 924 has a recirculation circuit of a liquid heat transfer medium with a centrifugal pump as a means of fluid acceleration and a Water-water tubular jacket heat exchanger as a means of heat dissipation. The warming of the liquid medium takes place in such a heat generator due to its intense swirling. Therefore, to avoid cavitation at the middle Inlet port of the pump of this heat generator a "blasting device" (nozzle) attached to the supply of the pump with a higher, the cavitation exclusive pressurized liquid guaranteed.

Unter bestimten Bedingungen ist Kavitation jedoch sehr nützlich, und sie wird verbreitet in der Technik eingesetzt, z.B.: Zur Säuberung beliebiger Maschinenteile von Fettverschmutzungen vor der Aufbringung einer Deckschicht; zum Erhalt stabiler Suspensionen oder Emulsionen mittels Dispergieren fester oder flüssiger Stoffe in mit ihnen nicht vermischbaren oder sie nicht auflösenden Flüssigkeiten usw. Diese Verfahren werden üblicherweise unter Verwendung von Vorrichtungen zur Erzeugung geregelter akustischer Kavitation mittels Ultraschall durchgeführt (s. z.B. "Politehni

eskij slovar"', M.; "Sovetskaâ E ˙ncyklopediâ", 1976, Art. "Ul'trazvukovaâ obrabotka" (Bearbeitung durch Ultraschall), S. 520). However, cavitation is very useful under certain conditions and is widely used in technology, for example: to clean any machine parts from grease soiling before applying a top coat; to obtain stable suspensions or emulsions by dispersing solid or liquid substances in immiscible or non-dissolving liquids etc. These processes are usually carried out using devices for producing controlled acoustic cavitation using ultrasound (see, for example, "Politehni

eskij slovar "', M .;" Sovetskaâ E ˙ncyklopediâ ", 1976, Art."Ul'trazvukovaâ obrabotka "(processing by ultrasound), p. 520).

In der Tat ist Ultraschall sehr geeignet als "Kavitationsfaktor", da die Schwingungsamplitude und seine Leistungsdichte vorzugsweise im flüssigen Medium genau und gleichmäßig reguliert werden können, und er praktisch unersätzlich in Fällen ist, wenn Kavitation in nicht Newton'schen (hochviskosen oder plastischen) Flüssigkeiten zu erzeugen ist oder in beliebigen Flüssigkeiten, die sich in nicht festen Gefäßen befinden.In fact, ultrasound is very suitable as a "cavitation factor" because of the vibration amplitude and its power density is preferably accurate and in the liquid medium can be regulated evenly, and it is practically irreplaceable in cases when Cavitation in non-Newtonian (highly viscous or plastic) liquids generate or in any liquids that are in non-solid vessels.

Für viele der oben genannten Anwendungsgebiete der regulierten Kavitation sind die Verfahren vorzugsweise in einem intensiven Strom eines flüssigen Mediums durchzuführen, dessen Gesamtmasse oder der Verbrauch sehr groß sein können. Zum Beispiel können geschlossene Wärmeversorgungsrückumlaufsysteme von mehreren Tonnen bis zu mehreren Dutzend Tonnen Wasser aufnehmen, und der Schwerölverbrauch in Wärmesystemen leistungsstarker Dampfkessel von Wärmeelektrostationen kann von mehreren Dutzend bis zu mehreren Hundert Tonnen pro Tag betragen.For many of the above-mentioned areas of application of regulated cavitation, these are To carry out the method preferably in an intensive stream of a liquid medium, whose total mass or consumption can be very large. For example can closed heat supply recirculation systems from several tons to to absorb several dozen tons of water, and the heavy oil consumption in heating systems Powerful steam boiler from heat electrical stations can be of several Dozen to several hundred tons a day.

Bei diesen Bedingungen ist die Verwendung gerade der hydrodynamischen Kavitation und entsprechender Vorrichtungen zur Beeinflussung der Strömung eines strömenden Mediums wünschenswert, die eine regulierbare Generierung und einen Kollaps der Hohlräume gewährleisten.Under these conditions, hydrodynamic cavitation is used and corresponding devices for influencing the flow of a flowing Medium desirable, which is an adjustable generation and a collapse of the Ensure cavities.

Aus solchen Vorrichtungen kommt der vorgeschlagenen die Vorrichtung am nächsten, deren Konstruktion aus dem Buch von L.I. Sedov, "Mehanika splo

noj sredy" (Mechanik eines geschlossenen Mediums), Bd. 2, M., 1976, S. 82, bekannt ist. Sie weist (auch wenn es nicht deutlich gezeigt ist) einen achsensymmetrischen Durchflußkanal zum Durchpumpen des Hauptanteils des strömenden Mediums und Vorrichtungen zur Erzeugung einer hydrodynamischen Kavitation auf. Eine der Vorrichtungen weist die Form eines mit dem Durchflußkanal koaxialen schlecht umströmbaren Körpers auf, der an der Wand des Kanals mit wenigstens einer Halterung befestigt ist. Im Inneren des Körpers befindet sich eine mit dem Durchflußkanal ebenfalls koaxiale Auslaßöffnung zur Einführung eines Störungsstrahls eines fließenden Mediums entgegen der Strömungsrichtung des Hauptstroms. Die Öffnung kommuniziert mit einer Flüssigkeitsquelle zur Bildung des Störungsstrahls über eine Aussparung im Körper der Halterung und über eine Öffnung in der Wand des Durchflußkanals. Der genannte Störungsstrahl dient als zweites Mittel zur Erzeugung der hydrodynamischen Kavitation.From such devices, the device closest to the proposed one, the construction of which is from the book by LI Sedov, "Mehanika splo

noj sredy "(mechanics of a closed medium), vol. 2, M., 1976, p. 82, is known. It has (even if it is not clearly shown) an axially symmetrical flow channel for pumping through the main part of the flowing medium and devices for Generation of hydrodynamic cavitation One of the devices is in the form of a body which is difficult to flow around coaxially with the flow channel and which is fastened to the wall of the channel with at least one holder, and inside the body there is an outlet opening which is also coaxial with the flow channel for insertion The opening communicates with a liquid source for the formation of the interference jet via a recess in the body of the holder and via an opening in the wall of the flow channel. The said interference jet serves as a second means for generating the hydrodynamic cav itation.

Es versteht sich von selbst, daß durch eine Änderung der Form des schlecht umströmbaren Körpers und des Verhältnisses zwischen dem Druck des Hauptstroms und dem Druck des Störungsstrahls des strömenden Mediums der Kavitationsprozess grundsätzlich geregelt werden kann.It goes without saying that by changing the shape of the bad flow Body and the relationship between the pressure of the main flow and the Pressure of the perturbing jet of the flowing medium basically the cavitation process can be regulated.

Die Verwendung des schlecht umströmbaren Körpers in der bekannten Vorrichtung als wesentliches Mittel zur Erzeugung der hydrodynamischen Kavitation führt jedoch zu unvertretbaren hydraulischen Verlusten und ist dafür verantwortlich, daß der Wirkungsgrad wesentlich niedriger ist, als theoretisch möglich wäre. Außerdem führt die zusätzliche Generierung von Hohlräumen durch den Gegenstrahl, der aus der Aussparung des schlecht umströmbaren Körpers austritt, dazu, daß die meisten mechanischen Belastungen infolge des Kollapses der Hohlräume auf den genannten Körper und seine Halterung(en) wirken, wodurch die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verringert wird. Und schließlich führt die Vereinigung eines mechanischen und eines hydraulischen Mittels der Generierung der Kavitation zu intensiven Schwingungen im Strom, die an die Kanalwände weitergegeben werden, und verwandelt die ganze Vorrichtung in eine starke Quelle hydrodynamischen Lärms.The use of the poorly flowable body in the known device as However, essential means for generating the hydrodynamic cavitation leads to unacceptable hydraulic losses and is responsible for the efficiency is much lower than would be theoretically possible. In addition, the additional leads Generation of cavities by the counter jet that comes from the recess of the poorly flowable body emerges, causing most mechanical loads as a result of the collapse of the cavities on said body and its holder (s) act, reducing the reliability of the device. And finally, the union of a mechanical and a hydraulic means leads the generation of the cavitation to intense vibrations in the current that are directed to the channel walls be passed on, and turns the whole device into a strong one Source of hydrodynamic noise.

Brief description of the essence of the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, durch Optimierung der Organisationsmittel des Zusammenwirkens des Hauptstroms mit dem in ihn einzuführenden Störungsstrahl eine solche Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines strömenden Mediums mit Erzeugung einer regulierbaren hydrodynamischen Kavitation zu schaffen, in der die hydraulischen Verluste und der Lärm deutlich verringert werden (und die Zuverlässigkeit und der Wirkungsgrad entsprechend erhöht werden), und die eine möglichst einfache Regulierung der Generierungsprozesse und des Kollapses der Hohlräume gewährleistet. The object of the present invention is therefore by optimizing the organizational means the interaction of the main flow with that to be introduced into it Disturbance beam such a device for influencing the flow of a flowing To create medium with the generation of an adjustable hydrodynamic cavitation, in which hydraulic losses and noise are significantly reduced (and the Reliability and efficiency are increased accordingly), and the one regulation of the generation processes and the collapse of the Cavities guaranteed.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines strömenden Mediums, umfassend einen achsensymmetrischen Durchflußkanal zum Durchpumpen des Hauptanteils des strömenden Mediums und eine Öffnung in der Wand des Kanals zur Einführung eines Störungsstrahls in den Hauptstrom und zur Erzeugung hydrodynamischer Kavitation erfindungsgemäß die genannte Öffnung direkt in den Kanalraum führt und ihre geometrische Achse die geometrische Achse des Kanals in einem Winkel schneidet, der in einem Bereich zwischen -60° bis +45° gewählt wird.The object is achieved in that in the device for influencing Flow of a flowing medium, comprising an axially symmetrical flow channel for pumping through the main part of the flowing medium and a Opening in the wall of the channel for the introduction of an interference beam into the main stream and for generating hydrodynamic cavitation according to the invention said opening leads directly into the channel space and its geometric axis corresponds to the geometric axis of the Channel intersects at an angle that is selected in a range between -60 ° to + 45 ° becomes.

Bei Einführung des Störungsstrahls über die direkt in den Kanalraum führende Öffnung bilden sich bei unwesentlicher Drosselung des Hauptstroms des strömenden Mediums Hohlräume, deren Kollaps sich im wesentlich geringeren Maße sowohl auf die Zuverlässigkeit der Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines strömenden Mediums selbst auswirkt, als auch auf die an sie angeschlossenen technologischen Geräte (Heizsysteme, chemische Apparate usw.). Tatsächlich breiten sich die chaotischen Schwingungen des strömenden Mediums bei Kollaps der Hohlräume frei entlang des Kanals vorzugsweise im strömenden Medium aus und klingen stromabwärts, hinter dem Bereich des Zusammenwirkens der Strahlen, relativ schnell von sich aus ab, wodurch Vibrationen und Lärm reduziert werden.When the interference beam is introduced through the opening leading directly into the channel space are formed when the main flow of the flowing medium is throttled insignificantly Cavities, their collapse affect to a much lesser extent both reliability the device for influencing the flow of a flowing medium affects itself, as well as on the technological devices connected to it (heating systems, chemical apparatus, etc.). The chaotic vibrations actually spread of the flowing medium preferably in the event of collapse of the cavities freely along the channel in the flowing medium and sound downstream, behind the area of the Interaction of the rays, relatively quickly on their own, causing vibration and noise can be reduced.

Ein erster zusätzlicher Unterschied besteht darin, daß die Vorrichtung zumindest eine weitere in der Wand des Durchflußkanals angeordnete und ebenfalls direkt in ihn führende Öffnung zum Einführen in den Hauptstrom eines zusätzlichen Störungsstrahls desselben oder eines der Zusammensetzung nach anderen strömenden Mediums aufweist. Dies erlaubt bei Bedarf, zum einen, die Kavitation im begrenzten Umfang zu intensivieren oder die Kavitationszone entlang des Kanals "auszudehnen", und zum zweiten, in den Hauptstrom des strömenden Mediums der chemischen Zusammensetzung nach unterschiedliche Bestandteile einzuführen.A first additional difference is that the device has at least one more arranged in the wall of the flow channel and also directly into it leading opening for introduction into the main stream of an additional interference beam same or one of the flowing medium according to the composition having. If necessary, this allows, on the one hand, cavitation to a limited extent intensify or "expand" the cavitation zone along the channel, and to second, in the main stream of the flowing medium of chemical composition after introducing different ingredients.

Ein zweiter, den ersten ergänzender Unterschied besteht darin, daß das Verhältnis des Durchmessers d₁ jeder Öffnung in der Kanalwand zum Innendurchmesser D_K des Kanals (d₁/D_K) 0,125 nicht überschreitet. Dies erlaubt, zum einen, die Zuverlässigkeit der vorgeschlagenen Vorrichtung durch eine Begrenzung der maximal möglichen Größe der Hohlräume zu erhöhen, und zum zweiten, bei Bedarf sowohl den Hauptstrom als auch die Störungsstrahlen von ein und derselben Quelle des strömenden Mediums möglichst effektiv zu bilden.A second difference, supplementary to the first, is that the ratio of the diameter d _{1 of} each opening in the channel wall to the inside diameter D _{K of} the channel (d ₁ / D _K ) does not exceed 0.125. This allows, on the one hand, to increase the reliability of the proposed device by limiting the maximum possible size of the cavities, and, on the other hand, to form both the main flow and the interference beams from one and the same source of the flowing medium as effectively as possible.

Ein dritter, den ersten ergänzender Unterschied sieht vor, daß die Öffnungsausgänge entlang des Kanalumfangs in ungefähr einer Querebene angeordnet sind. Dies erlaubt, eine möglichst intensive Kavitation in einem dem Volumen nach sehr begrenzten Abschnitt des Kanals auszulösen, was besonders wichtig ist bei der Emulsion oder Suspension entsprechend hochviskoser flüssiger oder stabiler fester Stoffe in einem strömenden Dispersionsmedium und bei thermomechanochemischer Bearbeitung hochviskoser Stoffe (insbesondere bei thermomechanischem Polymerabbau).A third, the first supplementary difference provides that the opening exits are arranged along the channel circumference in approximately a transverse plane. This allows an intensive cavitation in a very limited volume Trigger section of the channel, which is particularly important with the emulsion or Suspension corresponding to highly viscous liquid or stable solid substances in one flowing dispersion medium and highly viscous in thermomechanochemical processing Substances (especially with thermomechanical polymer degradation).

Ein vierter, den dritten ergänzender Unterschied sieht vor, daß die genannten Ausgangsöffnungen zum Einführen der Störungsstrahlen in gleichen Winkelabständen angeordnet sind. In diesem Fall treten die oben genannten Vorteile der vorgeschlagenen Vorrichtung als Dispersionsmittel besonders deutlich hervor.A fourth, the third supplementary difference provides that the exit openings mentioned arranged for introducing the interference beams at equal angular intervals are. In this case, the advantages of the proposed device mentioned above occur as a dispersant particularly clearly.

Ein fünfter, den ersten ergänzender Unterschied sieht vor, daß die Ausgangsöffnungen zum Einführen der Störungsstrahlen hintereinander entlang des Kanals angeordnet sind. In dieser Ausführungsform, bei Verwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung zum Erwärmen des strömenden Mediums, ist es möglich, lokale Übererwärmung der Kanalwände zu vermeiden, und bei ihrer Verwendung zur Dispersion kann die Größe der Emulsions- und Suspensionsteilchen deutlich verringert werden, bei kleinerer Stärke der einzelnen hydraulischen Schläge als im oben beschriebenen Fall.A fifth, the first supplementary difference provides that the exit openings are arranged one behind the other along the channel for introducing the interference beams. In this embodiment, when using the proposed device for Heating the flowing medium, it is possible to locally overheat the channel walls to avoid, and when used for dispersion, the size of the Emulsion and suspension particles can be significantly reduced, with a smaller thickness individual hydraulic shocks than in the case described above.

Ein sechster, den fünfen ergänzender Unterschied sieht vor, daß die Kreuzungspunkte der geometrischen Achsen der Öffnungen zum Einführen der Störungsstrahlen und der geometrischen Achse des Kanals in unterschiedlichen linearen Abständen b₁ voneinander angeordnet sind, die unter Berücksichtigung der folgenden Bedingungen gewählt wurden:

b₁: nicht weniger als 0,5 D_K, ausgehend vom Eingang in den zylindrischen Bereich des Durchflußkanals in Strömungsrichtung,
b₂: nicht weniger als 4d₁, ausgehend vom Kreuzungspunkt der geometrischen Achse der ersten Öffnung mit der geometrischen Achse des Durchflußkanals in Strömungsrichtung, und jede weitere,
b₁: nicht weniger als 4d_i-1, ausgehend vom Kreuzungspunkt der geometrischen Achse der Öffnung (i-1) mit der geometrischen Achse des Durchflußkanals in Strömungsrichtung,

wobei

D_K -: der bereits genannte Innendurchmesser des Kanals ist, und
d₁ -: Durchmesser der entsprechenden Öffnungen.

A sixth difference, supplementing the fifth, provides that the points of intersection of the geometric axes of the openings for introducing the interference beams and the geometric axis of the channel are arranged at different linear distances b ₁ from one another, which were chosen taking into account the following conditions:

b ₁: not less than 0.5 D _K , starting from the entrance to the cylindrical area of the flow channel in the direction of flow,
b ₂: not less than 4d ₁ , starting from the point of intersection of the geometric axis of the first opening with the geometric axis of the flow channel in the direction of flow, and any further,
b ₁: not less than 4d _i-1 , starting from the intersection of the geometric axis of the opening (i-1) with the geometric axis of the flow channel in the direction of flow,

in which

D _K -: is the already mentioned inside diameter of the channel, and
d ₁ -: Diameter of the corresponding openings.

Bei Einhaltung dieser Bedingungen, wie in Versuchen festgestellt wurde, fängt jede folgende Etappe der Kavitationsauslösung in der Strömung des fließenden Mediums nach dem Kollaps der Hohlräume an, die beim Einsprühen des vorangegangenen Störungsstrahls entstanden sind. Dadurch wird der Prozeß "glatter" und die Zuverlässigkeit der vorgeschlagenen Vorrichtung wird zusätzlich erhöht.In compliance with these conditions, as has been found in experiments, everyone catches following stage of triggering cavitation in the flow of the flowing medium the collapse of the cavities caused by the spraying of the previous interference beam have arisen. This makes the process "smoother" and the reliability of the proposed device is additionally increased.

Ein siebter, den ersten ergänzender Unterschied sieht vor, daß in der Wand des genannten Kanals zumindest eine Öffnung zum Einführen von Gas in das fließende Medium vorgesehen ist, die in Strömungsrichtung hinter der Öffnung zum Einführen des Störungsstrahls angeordnet ist. Der Hauptvorteil dieser Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung besteht in der künstlichen Dämpfung der Kavitation stromabwärts. Dies ist besonders wichtig in solchen Fällen, wenn die vorgeschlagene Vorrichtung als Aktivator chemischer Prozesse in gegenüber übermäßigen thermomechanochemischen Einflüssen empfindlichen Reaktionsgemischen eingesetzt wird. Ein anderer Vorteil dieser Ausführungsform besteht in der Möglichkeit der Sättigung des fließenden Mediums mit beliebigem, für seine weitere Verwendung nützlichen Gas (z.B. bei der Herstellung schäumender Getränke), sowie in der Möglichkeit einer wiederholten Karbonisierung solcher fließenden Medien, wie Bier, bei ihrer thermomechanischen Sterilisation vor dem Abfüllen in Dosen zur langfristigen Ausbewahrung.A seventh difference, supplementing the first, provides that in the wall of the above Channel at least one opening for introducing gas into the flowing medium is provided which is in the flow direction behind the opening for introducing the interference beam is arranged. The main advantage of this embodiment of the proposed The device consists in the artificial damping of cavitation downstream. This is particularly important in such cases when the proposed device as an activator chemical processes in relation to excessive thermomechanochemical influences sensitive reaction mixtures is used. Another advantage of this embodiment consists in the possibility of saturating the flowing medium with any gas useful for its further use (e.g. during production foaming drinks), as well as the possibility of repeated carbonation such flowing media, such as beer, during their thermomechanical sterilization before Filling in cans for long-term storage.

Ein achter, den siebten ergänzender Unterschied sieht vor, daß die Vorrichtung eine Öffnung zum Einführen von Gas in das fließende Medium aufweist, die in Strömungsrichtung nach der letzten Öffnung zum Einführen des Störungsstrahls angeordnet ist. Diese Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist besonders einfach.An eighth, additional to the seventh difference provides that the device is a Has opening for introducing gas into the flowing medium, which is in the direction of flow is arranged after the last opening for introducing the interference beam. This embodiment of the inventive concept is particularly simple.

Ein neunter, den siebten ergänzender Unterschied sieht vor, daß die vorgeschlagene Vorrichtung mehrere Öffnungen zum Einführen von Gas in das fließende Medium aufweist, wobei die geometrischen Achsen dieser Öffnungen und der Öffnungen zum Einführen der Störungsstrahlen ungefähr in einer Ebene angeordnet sind. Diese Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung ist besonders effektiv bei Sättigung des fließenden Mediums mit Gasen.A ninth, the seventh supplementary difference provides that the proposed Device multiple openings for introducing gas into the flowing medium has, the geometric axes of these openings and the openings for Introducing the interference beams are arranged approximately in one plane. This embodiment the proposed device is particularly effective when the flowing medium with gases.

Ein zehnter, den siebten ergänzender Unterschied sieht vor, daß die geometrische Achse jeder Öffnung zum Einführen von Gasen die Achse des Kanals in einem Winkel kreuzt, ausgewählt aus dem Bereich von -10° bis +60°. Bei Einhaltung dieser Bedingung erfolgt die Dämpfung der Kavitation im fließenden Medium stromabwärts von der Stelle der Einführung des Störungsstrahls aus besonders effektiv.A tenth, the seventh supplementary difference provides that the geometric axis each opening for the introduction of gases crosses the axis of the channel at an angle, selected from the range from -10 ° to + 60 °. If this condition is met the damping of cavitation in the flowing medium downstream from the location of the Introduction of the interference beam from particularly effective.

Ein elfter zusätzlicher Unterschied sieht vor, daß der genannte Kanal zum Durchpumpen des Hauptstroms des fließenden Mediums einen zylindrischen Abschnitt und eine Eingangsdüse aufweist, deren Muffe zum Anschluß an das Beschleunigungsmittel des fließenden Mediums in den Kanal vorgesehen ist. Dadurch wird die Beschleunigung des Hauptstroms des fließenden Mediums vor der Auslösung der Kavitation gewährleistet.An eleventh additional difference provides that the above-mentioned channel for pumping through of the main flow of the flowing medium, a cylindrical section and an inlet nozzle has, the sleeve for connection to the accelerating means of flowing medium is provided in the channel. This will accelerate the Main flow of the flowing medium is ensured before the cavitation is triggered.

Ein zwölfter, den elften ergänzender Unterschied besteht darin, daß wenigstens eine Öffnung zum Einführen des Störungsstrahls des fließenden Mediums in seinen Hauptstrom in Form eines Umgehungsrohrstutzens ausgebildet ist, dessen Eingangsabschnitt zum Anschluß an das Beschleunigungsmittel des fließenden Mediums in den Kanal vorgesehen ist. Somit werden Voraussetzungen für die Abstimmung des Drucks des Hauptstroms des fließenden Mediums und der Störungsstrahlen geschaffen.A twelfth, and eleventh, difference is that at least one Opening for introducing the disturbing jet of the flowing medium into its main stream is in the form of a bypass pipe socket, the input portion provided for connection to the accelerating means of the flowing medium in the channel is. Thus there are requirements for the adjustment of the pressure of the main flow of the flowing medium and the interference rays.

Ein dreizehnter, den zwölften ergänzender Unterschied besteht darin, daß der genannte Umgehungsstutzen mit einem Regler des Durchgangsquerschnitts versehen ist, wodurch eine Anpassung der vorgeschlagenen Vorrichtung an die erforderlichen Bedingungen der Kavitation unmittelbar während ihres Betriebes möglich wird.A thirteenth, the twelfth complementary difference is that the above Bypass is provided with a regulator of the passage cross section, whereby an adaptation of the proposed device to the required conditions of Cavitation becomes possible immediately during its operation.

Und schließlich besteht ein vierzehnter, den dreizehnten ergänzender Unterschied darin, daß der genannte Umgehungsstutzen an das Beschleunigungsmittel des fließenden Mediums über den Düsenraum angeschlossen ist. Dadurch wird die beste Abstimmung des Drucks des Hauptstroms des fließenden Mediums und des Störungsstrahls erreicht.And finally, a fourteenth, the thirteenth complementary difference is that said bypass port to the accelerating means of the flowing medium is connected via the nozzle area. This will make the best vote of the Pressure of the main flow of the flowing medium and the interference beam reached.

Preferred embodiment of the inventive concept

Im weiteren wird die Erfindung durch eine genaue Beschreibung der Konstruktion und der Funktion der vorgeschlagenen Vorrichtung mit Verweis auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen gezeigt ist:

Fig. 1 -: die einfachste Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines fließenden Mediums (im Längsschnitt);
Fig. 2 -: eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines fließenden Mediums mit einer Vielzahl von Öffnungen zum Einführen von Störungsstrahlen und/oder Beruhigungsgasen und/oder anderer Stoffe (im Längsschnitt);
Fig. 3 -: den Schnitt A-A von Fig. 1;
Fig. 4 -: eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines fließenden Mediums mit einer Öffnung zum Einführen eines Kavitationsberuhigungsgases (im Längsschnitt);
Fig. 5 -: eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines fließenden Mediums mit zwei unterschiedlich gerichteten Öffnungen zum Einführen von Störungs- strahlen (im Längsschnitt);
Fig. 6 -: eine einfachste Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines fließenden Mediums mit Eingangsdüse (im Längsschnitt);
Fig. 7 -: eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines fließenden Mediums mit Eingangsdüse und Umgehungsstutzen (im Längsschnitt);
Fig. 8 -: schematisch die Seitenansicht mit teilweisem Schnitt entlang des Wärmeakkumulatorgefässes einer wärmeerzeugenden Vorrichtung auf der Grundlage der Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines fließenden Mediums;
Fig. 9 -: die Draufsicht auf die Vorrichtung der Fig. 8 von oben.

The invention is further elucidated by a detailed description of the construction and the function of the proposed device with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 -: the simplest device for influencing the flow of a flowing medium (in longitudinal section);
Fig. 2 -: a device for influencing the flow of a flowing medium with a plurality of openings for introducing interference jets and / or calming gases and / or other substances (in longitudinal section);
Fig. 3 -: the section AA of Fig. 1;
Fig. 4 -: a device for influencing the flow of a flowing medium with an opening for introducing a cavitation calming gas (in longitudinal section);
Fig. 5 -: a device for influencing the flow of a flowing medium with two differently directed openings for introducing interference rays (in longitudinal section);
Fig. 6 -: a simplest device for influencing the flow of a flowing medium with an inlet nozzle (in longitudinal section);
Fig. 7 -: a device for influencing the flow of a flowing medium with inlet nozzle and bypass connection (in longitudinal section);
Fig. 8 -: schematically the side view with partial section along the heat accumulator vessel of a heat generating device based on the device for influencing the flow of a flowing medium;
Fig. 9 -: the top view of the device of FIG. 8 from above.

Die Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines fließenden Mediums (s. Fig. 1) weist zumindest einen achsensymmetrischen, durch eine Wand 1 begrenzten Durchflußkanal zum Durchpumpen des Hauptstroms des fließenden Mediums auf und wenigstens eine Öffnung 2 in der Wand 1 des genannten Kanals zum Einführen eines Störungsstrahls desselben oder der chemischen Zusammensetzung nach anderen fließenden Mediums in seinen Hauptstrom zur Auslösung einer hydrodynamischen Kavitation. Die Öffnung 2 muß direkt in den Durchflußkanal geöffnet sein, und ihre geometrische Achse muß die geometrische Achse des Kanals unter einem Winkel zwischen -60° und +45° kreuzen.The device for influencing the flow of a flowing medium (see FIG. 1) has at least one axially symmetrical flow channel delimited by a wall 1 for pumping through the main flow of the flowing medium and at least an opening 2 in the wall 1 of said channel for introducing an interference beam the same or the chemical composition according to other flowing medium into its main stream to trigger hydrodynamic cavitation. The Opening 2 must be open directly into the flow channel, and its geometric axis the geometric axis of the channel must be at an angle between -60 ° and + 45 ° cross.

Hier und im weiteren werden die Neigungswinkel von der 0° berechnet, was der Senkrechten der geometrischen Achse des Kanals entspricht, der durch die Wand 1 des begrenzt wird. Dabei weisen die Angaben (-) und (+) auf solche Neigungswinkel der geometrischen Achsen der Öffnungen 2 zu der geometrischen Achse des Kanals hin, bei denen die Störungsstrahlen entgegen bzw. mit der Strömungsrichtung des Hauptstroms des fließenden Mediums verlaufen.Here and further, the angle of inclination from 0 ° is calculated, which is the Vertical corresponds to the geometric axis of the channel through the wall 1 of the is limited. The information (-) and (+) indicate such angles of inclination geometrical axes of the openings 2 towards the geometrical axis of the channel, at which the interference rays counter or with the flow direction of the main flow of the flowing medium.

Es ist anzumerken, daß bei der absoluten Größe der Neigungswinkel innerhalb der genannten Grenzen die Zusammenwirkung des Hauptstroms und des Störungsstrahls mit der Generierung und dem Kollaps der Hohlräume am effektivsten abläuft. In der Tat haben experimentelle Untersuchungen gezeigt, daß bei Winkel über +45° der Prozeß der Hohlraumgenerierung um so unstabiler wird, je mehr der Störungsstrahl mit dem Hauptstrom gerichtet ist. Bei Winkeln unter-60° wird der Prozeß des Hohlraumkollapses umso mehr entlang des achsensymmetrischen Kanals "ausgedehnt", je mehr der Störungsstrahl dem Hauptstrom entgegen gerichtet ist.It should be noted that the absolute size of the angle of inclination within the limits mentioned the interaction of the main current and the interference beam with generation and collapse of the cavities most effectively. As a matter of fact Experimental studies have shown that at angles above + 45 ° the process the cavity generation is the more unstable, the more the interference beam with the Main stream is directed. At angles below -60 ° the process of cavity collapse the more "stretched" along the axisymmetric channel, the more the interference beam is directed against the main stream.

Es ist außerdem anzumerken, daß es auch bei nur einer Öffnung 2 möglich ist, zur Bildung des Störungsstrahls auch ein solches fließendes Medium zu verwenden, dessen chemische Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften (z.B. Viskosität und/oder Dichte) sich wesentlich von der Zusammensetzung und den Eigenschaften des fließenden Mediums unterscheiden, das zur Bildung des Hauptstroms verwendet wurde.It should also be noted that it is also possible with only one opening 2 for Formation of the interference beam to use such a flowing medium chemical composition and physical properties (e.g. viscosity and / or Density) differs significantly from the composition and properties of the flowing Distinguish the medium used to form the main stream.

Die technologischen Möglichkeiten der vorgeschlagenen Vorrichtung vergrößern sich jedoch erheblich, wenn die Anzahl der Öffnungen 2 in der Wand 1, die sich direkt in den Durchflußkanal öffnen und zu seiner geometrischen Achse in im angegebenen Bereich liegenden Winkeln geneigt sind, nicht weniger als (vorzugsweise mehr als) zwei ist.The technological possibilities of the proposed device increase however, significantly if the number of openings 2 in the wall 1 that are directly in open the flow channel and its geometric axis in the specified Range angles are inclined, not less than (preferably more than) two is.

In diesem Fall sind zwei Grundanordnungen der Ausgänge der Öffnungen 2 bezüglich des Durchflußkanals möglich:

hintereinander entlang des Kanals, wie in Fig. 2 zu sehen, oder

in Umfangsrichtung des Kanals auf ungefähr einer Ebene und, vorzugsweise, in gleichen Winkelabständen, wie in Fig. 3 zu sehen.

In this case, two basic arrangements of the outputs of the openings 2 with respect to the flow channel are possible:

one after the other along the channel, as seen in Fig. 2, or

in the circumferential direction of the channel on approximately one plane and, preferably, at the same angular intervals as can be seen in FIG. 3.

Es versteht sich von selbst, daß unter bestimmten technologischen Anforderungen auch eine Kombination der beiden Anordnungen der Ausgänge der Öffnungen 2 möglich ist.It goes without saying that under certain technological requirements too a combination of the two arrangements of the outputs of the openings 2 is possible.

Es ist in der Tat so, daß bei einer Anordnung der Ausgänge der Öffnungen 2 hintereinander sich der Bereich der Kavitation entlang des Kanals "ausdehnt", wodurch bei einem relativ weichen Betrieb die Komponenten (z.B. Fetttropfen in Milch) effektiv innerhalb des fließenden Mediums dispergiert werden können und/oder gleiche oder unterschiedliche Zusätze in den Hauptstrom des fließenden Mediums eingeführt und vermischt werden können.It is in fact the case that the openings 2 are arranged one behind the other the area of the cavitation "extends" along the channel, causing one relatively soft operation of the components (e.g. fat drops in milk) effectively within of the flowing medium can be dispersed and / or the same or different Additives introduced into the main stream of the flowing medium and can be mixed.

Falls jedoch die Ausgänge der Öffnungen 2 in Umfangsrichtung des Durchflußkanals, z.B. in einer Ebene angeordnet sind, erfolgt die Generierung der Hohlräume in einem sehr begrenzten Umfang, wodurch durch intensive hydraulische Schläge sogar hochstabile feste Zusätze zum Hauptstrom des fließenden Medium dispergiert werden können oder Polymere, kubische Verarbeitungsreste (besonders hochviskoser) Rohöle, Gummiteilchen usw. mechanochemisch abgebaut werden können.However, if the outputs of the openings 2 in the circumferential direction of the flow channel, e.g. are arranged in one plane, the cavities are generated in one very limited scope, resulting even from intense hydraulic blows highly stable solid additives to the main stream of the flowing medium are dispersed can or polymers, cubic processing residues (especially highly viscous) crude oils, Rubber particles, etc. can be degraded mechanochemically.

Einem Fachmann ist klar, daß im letzteren Fall die Wand 1 des Durchflußkanals um den Bereich der intensiven Kavitation herum zur Verringerung der Unfallgefahr unter Verwendung bekannter Verfahren und Mittel zusätzlich verstärkt werden kann.One skilled in the art will understand that in the latter case the wall 1 of the flow channel around the Area of intense cavitation around to reduce the risk of accidents taking Use of known methods and agents can be further reinforced.

Unabhängig von der Anordnung der Öffnungen 2 bezüglich des Durchflußkanals zueinander, ist es jedoch wünschenswert (s. Fig. 2), daß das Verhältnis des Durchmessers d₁ jeder Öffnung 2 zum Innendurchmesser D_K des Kanals (d₁/D_K) nicht über 0,125 liegt. Bei Einhaltung dieser Bedingung ist eine Überdeckung des Zwischenraumes des Durchflußkanals durch die sich bildenden Hohlräume praktisch ausgeschlossen, und entsprechend ihr Kollaps mit direkter (nicht über eine Schicht des fließenden Mediums weitergeleiteter) Weitergabe der Schlagimpulse an die Wand 1. Bei der Bildung des Hauptstroms und der Störungsstrahlen aus derselben Quelle des fließenden Mediums ist es außerdem möglich, die Größe der sich bildenden Hohlräume und die Höhe des hydrodynamischen Lärms zu stabilisieren. Regardless of the arrangement of the openings 2 with respect to the flow channel to one another, it is desirable (see FIG. 2) that the ratio of the diameter d _{1 of} each opening 2 to the inside diameter D _{K of} the channel (d ₁ / D _K ) does not exceed 0.125 lies. If this condition is complied with, an overlap of the space between the flow channel by the cavities that form is practically impossible, and accordingly their collapse with direct (not transmitted via a layer of the flowing medium) transmission of the impact impulses to the wall 1. In the formation of the main flow and Interference rays from the same source of the flowing medium also make it possible to stabilize the size of the cavities that form and the level of the hydrodynamic noise.

Es ist zusätzlich anzumerken, daß die Ausgänge der hintereinander entlang des Durchflußkanals angeordneten Öffnungen 2 (s. Fig. 2) sich vorzugsweise in unterschiedlichen linearen Abständen befinden sollten, die unter Berücksichtigung der folgenden Bedingungen gewählt wurden:

wobei

It should also be noted that the outputs of the openings 2 arranged one behind the other along the flow channel (see FIG. 2) should preferably be at different linear distances, which were selected taking into account the following conditions:

in which

Wie bereits oben erwähnt, fängt bei dieser Anordnung der Ausgänge der Öffnungen 2 in den Durchflußkanal jede folgende Etappe der Kavitationsauslösung in der Strömung des fließenden Mediums nach dem Kollaps der Hohlräume an, die beim Einsprühen des vorangegangenen Störungsstrahls entstanden sind. Dieser Effekt, der der erheblichen Erhöhung der Zuverlässigkeit der vorgeschlagenen Vorrichtung dient, ist besonders bei Einhaltung der vorher genannten Bedingung (d₁/D_K)<0,125 zu beobachten.As already mentioned above, with this arrangement of the outputs of the openings 2 in the flow channel, each subsequent stage of the triggering of cavitation in the flow of the flowing medium begins after the collapse of the cavities which have arisen when the preceding perturbing jet was sprayed. This effect, which serves to considerably increase the reliability of the proposed device, can be observed especially when the aforementioned condition (d ₁ / D _K ) <0.125 is observed.

Es ist zweckmäßig (s. Fig. 2 und 4), in der Wand 1 des genannten Kanals wenigstens eine Öffnung 3 zum Einführen von Gas in das fließende Medium zu haben, die stromabwärts im Abstand zur Öffnung 2 für die Einführung des Störungsstrahls angeordnet ist. It is appropriate (see FIGS. 2 and 4), at least in the wall 1 of the said channel to have an opening 3 for introducing gas into the flowing medium, which is downstream is arranged at a distance from the opening 2 for the introduction of the interference beam.

Dabei ist es wünschenswert, daß die geometrische Achse jeder dieser Öffnungen 3 zum Einführen von Gas die geometrische Achse des Kanals unter einem Winkel zwischen -10° und +60° kreuzt.It is desirable that the geometric axis of each of these openings 3 to Introducing gas at an angle between the geometric axis of the channel Crosses -10 ° and + 60 °.

Diese Neigungswinkel werden ebenfalls von 0° ausgehend berechnet, die der Senkrechten der geometrischen Achse des durch die Wand 1 begrenzten Kanals entsprechen. Dabei weisen die Angaben (-) und (+) auf solche Neigungswinkel der geometrischen Achsen der Öffnungen 3 zu der geometrischen Achse des Kanals hin, bei denen die Gasströme entgegen bzw. mit der Strömungsrichtung des Hauptstroms des fließenden Mediums verlaufen.These angles of inclination are also calculated from 0 °, that of the vertical correspond to the geometric axis of the channel delimited by wall 1. The information (-) and (+) indicate such angles of inclination of the geometric Axes of the openings 3 to the geometric axis of the channel, in which the Gas flows against or with the flow direction of the main flow of the flowing Medium run.

Falls nur eine Öffnung 3 zum Einführen von Gas vorhanden ist, ist es wünschenswert, sie hinter der letzten Öffnung 2 zum Einführen der Störungsstrahlen (s. Fig. 4) anzuordnen. Falls jedoch mehrere Öffnungen 3 vorhanden sind, so ist es wünschenswert, die geometrischen Achsen dieser Öffnungen 3 und der Öffnungen 2 zum Einführen der Störungsstrahlen ungefähr in einer Ebene anzuordnen (s. erneut Fig. 2). Die Ausgänge der Öffnungen 3 sind stromabwärts bezüglich der vorangegangenen Öffnungen 2 anzuordnen.If there is only one opening 3 for introducing gas, it is desirable to arrange them behind the last opening 2 for introducing the interference beams (see FIG. 4). However, if there are several openings 3, it is desirable to use the geometric axes of these openings 3 and the openings 2 for introducing the Arrange interference beams approximately in one plane (see FIG. 2 again). The exits of the openings 3 are to be arranged downstream with respect to the previous openings 2.

Die Hauptaufgabe der Einführung von Gas in den Strom des kavitierenden fließenden Mediums besteht in der Beruhigung dieses Mediums, der Reduzierung des hydrodynamischen Geräuschs und, entsprechend, die Erhöhung der Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung als solche sowie der technologischen Systeme, in die diese eingebaut werden soll.The main task of introducing gas into the stream of the cavitating flowing Medium is the calming of this medium, the reduction of hydrodynamic Noise and, accordingly, increasing the reliability of the invention Device as such and the technological systems in which this to be installed.

Es versteht sich von selbst, daß das Gas, das lediglich zur Erfüllung der genannten Aufgabe dient, nach der Beruhigung des fließenden Mediums von diesem zu trennen ist, und daß diese Trennung mit allgemein bekannten und kommerziell zugänglichen Mitteln erfolgen kann.It goes without saying that the gas that is only used to fulfill the above Task serves to be separated from the flowing medium after it has calmed down, and that this separation by well known and commercially available means can be done.

Die technologischen Möglichkiten, die durch die beschriebene Ausführungsform des Erfindungsgedankens möglich sind, sind dadurch jedoch nicht ausgeschöpft. Zum Beispiel ist ein Einsatz der beschriebenen Vorrichtung für die Sterilisation solcher schäumender Getränke wie Bier möglich. In diesem Fall gewährleistet die Verwendung der Öffnungen 3 die Resaturation des Bierstroms mit Carbonatgas, das nach dessen Erwärmung ausgetreten ist.The technological possibilities, which are described by the described embodiment of the Inventive ideas are possible, but are not exhausted. For example is an application of the device described for the sterilization of such foaming drinks like beer possible. In this case, the use guarantees of the openings 3, the resaturation of the beer stream with carbonate gas, which after the Warming has occurred.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung (s. Fig. 6) weist der Kanal zum Durchpumpen des Hauptstroms des fließenden Mediums einen zylindrischen Abschnitt 4 und eine Eingangsdüse 5 auf, deren Muffe zum Anschluß an das Beschleunigungsmittel des fließenden Mediums in den Kanal vorgesehen ist.In a preferred embodiment of the proposed device (see FIG. 6) the channel for pumping through the main flow of the flowing medium is cylindrical Section 4 and an inlet nozzle 5, the sleeve for connection to the Accelerating means of the flowing medium is provided in the channel.

Dabei ist wünschenswert, jede Öffnung 2 zum Einführen des Störungsstrahls des fließenden Mediums in seinen Hauptstrom als eine Verlängerung des Umgehungsstutzens 6 auszubilden, der zum Anschluß an das genannte Beschleunigungsmittel vorgesehen ist, insbesondere über einen Raum der Düse 5, wie in Fig. 7 gezeigt.It is desirable to have each opening 2 for introducing the interference beam of the flowing medium into its main stream as an extension of the bypass nozzle 6, which is provided for connection to said acceleration means, in particular over a space of the nozzle 5, as shown in FIG. 7.

Es ist außerdem zweckmäßig, jeden genannten Umgehungsstutzen 6 mit einem Regler 7 des Durchgangsquerschnitts zu versehen.It is also useful to have each bypass nozzle 6 mentioned with a controller 7 of the passage cross section.

Zur vollständigen Erläuterung des Wesens der vorgeschlagenen Vorrichtung und der Möglichkeiten ihres praktischen Einsatzes ist in Fig. 8 und 9 schematisch eine wärmeerzeugende Vorrichtung gezeigt. Sie weist einen Elektromotor (oder eine andere Energiequelle) 8 auf, vorzugsweise eine Zentrifugalpumpe 9, ein Wärmeakkumulatorgefäß 10, dessen unterer Teil über einen Zufuhrstutzen 11 an einen Einlauf der Pumpe 9 angeschlossen ist, eine Vorrichtung 12 zur Beeinflussung der Strömung eines fließenden Mediums, die an einen Beschleunigungsstutzen der Pumpe 9 angeschlossen ist, und einen Gas- (vorzugsweise Luft-) Vorratsseparator 13, der über dem Deckel (oder auf dem Deckel) des Wärmeakkumulatorgefässes 10 angeordnet ist und zwischen dem Gasraum (Luftraum) des Gefässes 10 und einem Durchflußkanal der Vorrichtung 12 zwischengeschaltet ist.To fully explain the nature of the proposed device and the Possibilities of their practical use is schematically a heat-generating in Fig. 8 and 9 Device shown. It has an electric motor (or other energy source) 8, preferably a centrifugal pump 9, a heat accumulator vessel 10, the lower part of which is connected to an inlet of the pump 9 via a feed pipe 11 is a device 12 for influencing the flow of a flowing Medium, which is connected to an acceleration connector of the pump 9, and a gas (preferably air) storage separator 13, which over the lid (or on the Cover) of the heat accumulator 10 is arranged and between the gas space (Air space) of the vessel 10 and a flow channel of the device 12 interposed is.

Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der Kavitation in der Vorrichtung 12 sind (in diesem Fall zwei, Fig. 9) Umgehungsstutzen 6 mit Reglern 7 des Durchgangsquerschnitts vorgesehen, die den Raum des Beschleunigungsstutzens der Pumpe 9 mit dem zylindrischen Durchflußkanal der Vorrichtung 12 so verbinden, wie oben beschrieben.To generate and maintain the cavitation in the device 12 (in in this case two, Fig. 9) bypass 6 with regulators 7 of the passage cross section provided the space of the acceleration connector of the pump 9 with the cylindrical Connect the flow channel of the device 12 as described above.

Die Pumpe 9, die Vorrichtung 12 und das Wärmeakkumulatorgefäß 10 bilden zusammen einen Rückumlaufkreislauf eines fließenden Mediums, an den auf eine für einen Fachmann bekannte Art Wärmeenergieverbraucher angeschlossen werden können, z.B. allgemein bekannte Batterien zur Wassererwärmung.The pump 9, the device 12 and the heat accumulator 10 together form a recirculation circuit of a flowing medium, to which a person skilled in the art known type of thermal energy consumers can be connected, e.g. generally well-known batteries for water heating.

Der obere Teil des Wärmeakkumulatorgefässes 10, der Vorratsseparator 13 mit den Gasstutzen 14 und ein Teil des Durchflußkanals der Vorrichtung 12 bilden zusammen einen Rückumlaufkreislauf eines Gases (Luft).The upper part of the heat accumulator vessel 10, the supply separator 13 with the Gas nozzle 14 and part of the flow channel of the device 12 together a return circuit of a gas (air).

Obwohl es in Fig. 8 nicht deutlich gezeigt ist, sind die Ausgänge der Öffnungen aus den Umgehungsstutzen 6 in den Durchflußkanal der Vorrichtung 12 z.B. in einem Winkel von ungefähr -45° entgegengesetzt dem Hauptstrom ausgerichtet, und der Ausgang in denselben Raum aus dem Gasstutzen 14 ist z.B. in einem Winkel von ungefähr +40° in Fließrichtung des Hauptstroms des fließenden Mediums ausgerichtet.Although not clearly shown in FIG. 8, the exits of the openings are from FIG Bypass 6 in the flow channel of the device 12 e.g. at an angle of approximately -45 ° opposite the main stream, and the output in the same space from the gas nozzle 14 is e.g. at an angle of approximately + 40 ° aligned in the direction of flow of the main stream of the flowing medium.

Die Vorrichtung zur Beeinflussung der Strömung eines fließenden Mediums, wie in verschiedenen Ausführungsbeispielen des Erfindungsgedankens oben beschrieben, kann wie folgt zur Erzeugung geregelter hydrodynamischer Kavitation eingesetzt werden.The device for influencing the flow of a flowing medium, as in various Embodiments of the inventive concept described above can be like follows can be used to generate controlled hydrodynamic cavitation.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird durch den durch die Wand 1 begrenzten Durchflußkanal unter Druck der Hauptstrom (gekennzeichnet durch drei parallele Pfeile) eines fließenden Mediums gepumpt. Wenigstens ein Störungsstrahl eines (gleichen oder eines anderen) fließenden Mediums (schraffiert dargestellt) wird in den Hauptstrom gespritzt, wodurch es zu einem lokalen Druckabfall der Flüssigkeit im Hauptstrom unterhalb des kritischen Wertes und zur Bildung von Hohlräumen kommt, die durch eine achsensymmetrische (im vorliegenden Fall mit zwei Öffnungen 2) gebogene Konturlinie gekennzeichnet sind.As shown in Fig. 1, through the wall 1 bounded by the flow channel under pressure the main stream (indicated by three parallel arrows) of a flowing Pumped medium. At least one interference beam from one (same or another) flowing medium (hatched) is injected into the main stream, causing there is a local pressure drop of the liquid in the main stream below the critical Value and the formation of cavities comes through an axisymmetric (in the present case with two openings 2) curved contour line are marked.

Diese Hohlräume zerfallen gewöhnlich in einzelne kleinere "Leerräume", die eigenständig stromabwärts im Inneren des Durchflußkanals kollabieren, wobei kinetische Energie des Drucks des Hauptstroms des fließenden Mediums vorzugsweise in Wärmeenergie umgewandelt wird und, in gewissem Maße, in Energie mechanischerSchwingungen (i.d.R. in Hörfrequenz).These cavities usually disintegrate into smaller, "empty spaces" that stand alone collapse downstream inside the flow channel, causing kinetic Energy of the pressure of the main flow of the flowing medium preferably in thermal energy is converted and, to some extent, into the energy of mechanical vibrations (usually in listening frequency).

Die Regulierung der Kavitation in einer solchen einfachsten Ausführungsform ist möglich durch eine Änderung des Verhältnisses des Drucks und/oder des Durchflusses im Hauptstrom des fließenden Mediums und des Drucks und/oder des Durchflusses des fließenden Mediums in den Störungsstrahlen.The regulation of the cavitation in such a simplest embodiment is possible by changing the ratio of pressure and / or flow in the Main flow of the flowing medium and the pressure and / or flow of the flowing medium in the interference rays.

Wie in Fig. 2 zu sehen, kann durch die Öffnungen 3, deren Ausgänge stromabwärts bezüglich der vorangegangenen Öffnungen 2 angeordnet sind, ein Beruhigungsgas in den Hauptstrom des fließenden Mediums eingeblasen werden, das den Kollaps der Hohlräume erleichtert, oder ein anderes gasähnliches (Re)Agent zur Sättigung des fließenden Mediums und/oder zur Durchführung chemischer Reaktionen in ihm.As can be seen in Fig. 2, through the openings 3, the exits downstream are arranged with respect to the previous openings 2, a calming gas in the Main stream of the flowing medium are blown in, causing the collapse of the cavities relieved, or another gas-like (re) agent to saturate the flowing Medium and / or to carry out chemical reactions in it.

In den einfachsten Fällen jedoch, wenn lediglich eine Reduzierung des hydrodynamischen Lärmpegels erforderlich ist, ist es ausreichend, ein Beruhigungsgas über eine Öffnung 3, die stromabwärts bezüglich aller Öffnungen 2 angordnet ist (s. Fig. 4), einzublasen.In the simplest cases, however, if only a reduction in hydrodynamic Noise level is required, it is sufficient to use a calming gas over a Opening 3, which is arranged downstream with respect to all openings 2 (see FIG. 4), blow.

Wie bereits erwähnt, können beim Einführen von Störungsstrahlen über mehrere in Umfangsrichtung der Wand 1 angeordnete Öffnungen 2 (Fig. 3) in den Hauptstrom des fließenden Mediums starke hydraulische Schläge erzeugt werden, ausreichend für eine thermomechanochemische Bearbeitung (vorzugsweiseAbbau)oligomereroder polymerer Stoffe.As already mentioned, when introducing interference beams over several in Circumferential direction of the wall 1 arranged openings 2 (Fig. 3) in the main stream of strong hydraulic shocks are generated, sufficient for a flowing medium thermomechanical processing (preferably degradation) of oligomeric or polymeric Substances.

Die Einführung unterschiedlich ausgerichteter Störungsstrahlen unter Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 5 ist besonders bevorzugt bei Kavitationsvorbereitungen von Emulsionen und Suspensionen aus der chemischen Zusammensetzung nach und den Eigenschaften nach unterschiedlichen Stoffen auf der Grundlage beliebiger flüssiger Dispersionsmittel, die zur Bildung des Hauptstroms des fließenden Mediums verwendet werden. The introduction of differently oriented interference beams using the 5 is particularly preferred when preparing cavitation of Emulsions and suspensions from the chemical composition after and the Properties according to different substances based on any liquid Dispersant used to form the main stream of the flowing medium become.

Die zusätzliche Beschleunigung des fließenden Mediums in der Düse (s. Fig. 6) dient der effektiveren Umwandlung der kinetischen Energie der Flüssigkeit in Wärmeenergie, und die Verwendung der Umgehungsstutzen 6 (insbesondere) mit den Reglern 7 ihres Durchgangsquerschnitts und, entsprechend, der Verbrauch des fließenden Mediums zur Bildung der Störungsstrahlen erlaubt einen effektiven Einfluß auf die Bildung von Hohlräumen im Hauptstrom.The additional acceleration of the flowing medium in the nozzle (see Fig. 6) is used more effective conversion of the kinetic energy of the liquid into thermal energy, and the use of the bypass connection 6 (in particular) with the regulators 7 of their passage cross section and, accordingly, the consumption of the flowing medium for Formation of the interference rays allows an effective influence on the formation of Cavities in the main stream.

Bei Verwendung der Vorrichtung 12 zur Beeinflussung der Strömung eines strömenden Mediums in einer wärmeerzeugenden Vorrichtung (Fig. 8, 9) sollten als wichtigste Besonderheiten ihrer Arbeit der ununterbrochene und gleichzeitige Durchfluß zur Rezirkulation des flüssigen Wärmeträgers durch das Wärmeakkumulatorgefäß 10 sind die Trennung des Beruhigungsgases vom flüssigen Wärmeträger im oberen Teil des Wärmeakkumulatorgefässes 10 und die Rezirkulation des Beruhigungsgases durch den Vorratsseparator 13, den Gasstutzen 14 und einen Teil des Durchflußkanals der Vorrichtung 12 zu erwähnen.When using the device 12 to influence the flow of a flowing Medium in a heat generating device (Fig. 8, 9) should be the most important Peculiarities of their work the uninterrupted and simultaneous flow to Recirculation of the liquid heat carrier through the heat accumulator 10 are the Separation of the calming gas from the liquid heat transfer medium in the upper part of the heat accumulator vessel 10 and the recirculation of the calming gas through the supply separator 13, the gas nozzle 14 and part of the flow channel of the device 12 to mention.

Es versteht sich von selbst, daß die genannten Beispiele der konstruktiven Verwirklichung des Erfindungsgedankens und die Beispiele der technologischen Möglichkeiten nicht alle Aspekte der industriellen Anwendbarkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung abdecken.It goes without saying that the above examples of constructive realization of the inventive concept and the examples of technological possibilities not all Cover aspects of the industrial applicability of the device according to the invention.

Claims

Device for influencing the flow of a flowing medium, comprising an axially symmetrical flow channel for pumping through the main portion of the flowing medium and an opening (2) in the wall (1) of the channel for introducing an interference jet into the main stream and for generating hydrodynamic cavitation, characterized in that that the opening (2) leads directly into the channel space and its geometric axis crosses the geometric axis of the channel at an angle which is in a range between -60 ° to 45 °.

Device according to Claim 1, characterized in that the device has at least one further opening (2, 3) which is arranged in the wall of the flow channel and also leads directly into it, for introducing an additional interference jet of the same or a medium flowing according to the composition into the main stream ,

Device according to claim 2, characterized in that the ratio of the diameter d _{1 of} each opening (2, 3) in the channel wall to the inside diameter D _{K of} the channel (d ₁ / D _K ) does not exceed 0.125.

Device according to claim 2, characterized in that the exits of the openings (2, 3) are arranged on the channel circumference in approximately one plane.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the exit openings (2, 3) for introducing the interference beams are arranged at equal angular intervals.

Device according to claim 2, characterized in that the exit openings (2, 3) for introducing the interference beams are arranged one behind the other along the channel.

Apparatus according to claim 6, characterized in that the points of intersection of the geometric axes of the openings (2) for introducing the interference rays and the geometric axis of the channel are arranged at different linear distances b ₁ from one another, which were chosen taking into account the following conditions:

in which

D _K -: is the already mentioned inside diameter of the channel, and
d ₁ -: Diameter of the corresponding openings (2).

Device according to claim 2, characterized in that at least one opening (3) for introducing gas into the flowing medium is provided in the wall (1) of the channel, which opening is arranged behind the opening for introducing the interference jet in the direction of flow.

Apparatus according to claim 8, characterized in that it has an opening (3) for introducing gas into the flowing medium, which is arranged in the direction of flow behind the last opening for introducing the interference jet.

Apparatus according to claim 8, characterized in that it has a plurality of openings (3) for introducing gas into the flowing medium, the geometric axes of these openings and the openings for introducing the interference beams being arranged in approximately one plane.

Device according to claim 8, characterized in that the geometrical axis of each opening (3) for introducing gases crosses the geometrical axis of the duct at an angle between -10 ° and + 60 °.

Device according to claim 1, characterized in that the channel for pumping through the main flow of the flowing medium has a cylindrical section (4) and an inlet nozzle (5), the sleeve of which is provided for connection to the accelerating means of the flowing medium into the channel.

Apparatus according to claim 12, characterized in that at least one opening for introducing the disturbing jet of the flowing medium into its main stream is in the form of a bypass pipe socket (6), the input section of which is provided for connection to the accelerating means of the flowing medium in the channel.

Apparatus according to claim 13, characterized in that the bypass pipe socket (6) is provided with a regulator (7) of the passage cross section.

Apparatus according to claim 13, characterized in that the bypass pipe socket (6) is connected to the accelerating means of the flowing medium via the nozzle space.