RU2061195C1

RU2061195C1 - Method of heat liberation in liquid

Info

Publication number: RU2061195C1
Application number: RU95110302A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Душкин; Ю.И. Краснов; Л.В. Ларионов; В.Л. Петухов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Русские технологии"
Priority date: 1995-06-21
Filing date: 1995-06-21
Publication date: 1996-05-27
Also published as: RU95110302A

Abstract

FIELD: heat-power engineering; various heating apparatus. SUBSTANCE: method makes it possible to create gas cushion in liquid cavitating in closed circuit and to change its volume and flow rate of flowing liquid till self-excited oscillations are generated in it. Centrifugal injector may be used as cavitation source. For changing the volume of gas cushion, closed circuit is provided with expansion reservoir with piston moving in it. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано как в системах отопления, так и в аппаратах нагрева различного назначения. The invention relates to a power system and can be used both in heating systems and in heating apparatuses for various purposes.

Известны процессы выделения избыточной энергии при вибрационном воздействии на жидкости, вызывающем кавитацию. При этом коэффициент преобразования энергии может достигать 100% и более вследствие существования глубокой взаимосвязи физической природы явления кавитации и свойств вещества субатомного и субядерного уровня. Known processes for the release of excess energy during vibration exposure to liquids that cause cavitation. In this case, the energy conversion coefficient can reach 100% or more due to the existence of a deep relationship between the physical nature of the cavitation phenomenon and the properties of the substance of the subatomic and subnuclear level.

Наиболее близким по физико-технической сущности и достигаемому результату является способ тепловыделения в жидкость путем создания в ней и последующего схлопывания кавитационных пузырей при возбуждении колебаний давления магнитострикционным или пьезоэлектрическим пульсатором. The closest in physical and technical nature and the achieved result is a method of heat release into a liquid by creating in it and subsequent collapse of cavitation bubbles when pressure oscillations are excited by a magnetostrictive or piezoelectric pulsator.

В фазе высокого давления схлопывание пузырей происходит с большой скоростью, сравнимой со скоростью звука в жидкости, что приводит к сильному повышению в них температуры и давления пара. In the high-pressure phase, the collapse of bubbles occurs at a high speed comparable to the speed of sound in a liquid, which leads to a strong increase in their temperature and vapor pressure.

Недостаток известного способа заключается в малом значении интенсивности созданного в жидкости тепловыделения относительно затраченной на создание в ней кавитации. Это объясняется как отсутствием возможности регулирования общего объема пузырей, так и низким значением КПД пульсаторов с приводом от внешнего атомного источника. The disadvantage of this method is the low value of the intensity of the heat generated in the liquid relative to the cavitation created in it. This is due to both the lack of the ability to control the total volume of the bubbles and the low efficiency of pulsators driven by an external atomic source.

Целью изобретения является получение максимального тепловыделения в кавитирующей жидкости. The aim of the invention is to obtain maximum heat in cavitating fluid.

Это решается тем, что в известном способе тепловыделения, включающем создание в жидкости кавитации, новым является то, что кавитирующая жидкость циркулирует в замкнутом контуре. В жидкости создают газовую подушку и последовательно варьируют ее объем и расход протекающей жидкости до установления в ней автоколебательного режима. This is solved by the fact that in the known method of heat release, including the creation of cavitation in a liquid, it is new that the cavitating liquid circulates in a closed circuit. A gas cushion is created in the liquid and its volume and flow rate of the flowing liquid are successively varied until a self-oscillating regime is established in it.

Источником кавитации может служить центробежная форсунка. The source of cavitation can be a centrifugal nozzle.

Для варьирования объема газовой подушки замкнутый контур снабжен расширительной емкостью с перемещающимся в ней поршнем. To vary the volume of the gas cushion, the closed loop is equipped with an expansion tank with a piston moving in it.

В замкнутом контуре с жидкостью газовые включения могут образовываться только при наличии в контуре объема, свободного от жидкости. При полном заполнении замкнутого контура жидкостью образование газовых включений маловероятно по причине практической несжимаемости жидкости. При достаточном свободном объеме газовые пузыри растут настолько, что сливаются в струйные течения; наступает режим суперкавитации, при котором интенсивность схлопывания сильно ослабевает и определяется медленным процессом массообмена пара и жидкости. Дополнительное образование паровых пузырей во всем гидравлическом контуре осуществляют путем развития в жидкости автоколебаний с мягким возбуждения, для которых не требуется внешний источник. Для этого помимо того, что изменяют (варьируют) объем газовой подушки, регулируют расход, а, следовательно, скорость и давление жидкости в контуре. Совместное регулирование расхода и объема кавитационных пузырей проводят до возникновения регулярных автоколебаний, характеризующихся узким спектром частот на фоне турбулентного шума. In a closed circuit with liquid, gas inclusions can form only if there is a volume free of liquid in the circuit. When the closed loop is completely filled with liquid, the formation of gas inclusions is unlikely due to the practical incompressibility of the liquid. With sufficient free volume, gas bubbles grow so much that they merge into stream flows; a supercavitation regime sets in, in which the intensity of collapse is greatly weakened and is determined by the slow process of mass transfer of vapor and liquid. The additional formation of vapor bubbles in the entire hydraulic circuit is carried out by developing self-oscillations with soft excitation in the liquid, for which an external source is not required. For this, in addition to changing (varying) the volume of the gas cushion, regulating the flow rate, and, consequently, the speed and pressure of the liquid in the circuit. Joint regulation of the flow rate and volume of cavitation bubbles is carried out before the occurrence of regular self-oscillations, characterized by a narrow frequency spectrum against a background of turbulent noise.

Увеличение общего объема газовых включений и градиента изменения скорости жидкости осуществляют путем организации вихревого течения жидкости. В этом случае пузыри образуются преимущественно в толще жидкости, что обеспечивает синхронность стенок контура и, соответственно, повышает надежность способа и увеличивает долговечность устройства, с помощью которого он реализуется. The increase in the total volume of gas inclusions and the gradient of the fluid velocity change is carried out by organizing the vortex fluid flow. In this case, bubbles are formed mainly in the thickness of the liquid, which ensures the synchronism of the walls of the circuit and, accordingly, increases the reliability of the method and increases the durability of the device with which it is implemented.

Технической результат предлагаемого способа тепловыделения в жидкости заключается в следующем. Способ обеспечивает высокий КПД преобразования в тепло вводимой в контур энергии. Реализация способа проста как в операционном исполнении, так и в конструкционном воплощении устройства его осуществления, поскольку не требует уникальных приборов и дефицитных материалов. Таким, образом, обеспечивается надежность и долговечность, а также относительная дешевизна теплонагревательных устройств, где используется способ. The technical result of the proposed method of heat in the liquid is as follows. The method provides a high efficiency conversion to heat introduced into the circuit energy. The implementation of the method is simple both in the operational design and in the structural embodiment of the device for its implementation, since it does not require unique devices and scarce materials. Thus, it provides reliability and durability, as well as the relative cheapness of the heating devices, where the method is used.

Схема устройства для осуществления способа тепловыделения в жидкости представлена на чертеже. A diagram of a device for implementing the method of heat dissipation in a liquid is shown in the drawing.

Устройство содержит насос 1 с электрическим мотором 2, гидравлический контур 3, на котором последовательно установлена расширительная емкость 4 с поршнем 5, снабженный устройством 6, для его перемещения, заправочный штуцер 7 и кавитатор 8 центробежного типа (например, многоканальная форсунка). После кавитатора 8 в контур 3 вмонтирован теплообменник 9 для передачи тепла потребителю. Контур 3 снабжен также дросселем 10, датчиками температуры 11 и давления 12. Расширительный бачок 4 в свою очередь содержит дренажный клапан 13. The device includes a pump 1 with an electric motor 2, a hydraulic circuit 3, on which an expansion tank 4 with a piston 5, equipped with a device 6, for moving it, a filling nozzle 7 and a centrifugal cavitator 8 (for example, a multi-channel nozzle) is sequentially installed. After cavitator 8, heat exchanger 9 is mounted in circuit 3 to transfer heat to the consumer. The circuit 3 is also equipped with a throttle 10, temperature sensors 11 and pressure 12. The expansion tank 4, in turn, contains a drain valve 13.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Сначала открывают дренажный клапан 13 и через заправочный штуцер 7 гидравлический контур 3 заполняют жидкостью (водой). При этом поршень 5 с помощью устройства для его перемещения 6 устанавливают в одно из крайних положений, например, в нижнее. Затем, включают электромотор 2 и насосом 1 прокачивают жидкость через контур 3, фиксируя температуру датчиком 11 и давление его пульсации датчиком 12. Заправочный штуцер 7 и дренажный клапан 13 при этом предварительно закрывают. Далее открывают дренажный клапан 13 и устройством для перемещения 6 изменяют положение поршня 5 в расширительной емкости 4, например, постепенно сдвигают вверх. В новом положении поршня 5 закрывают дренажный клапан 13, фиксируют температуру жидкости. Одновременно измеряют расход жидкости в контуре дросселем 10 до появления колебаний давления в контуре 3. При этом последовательно добиваются увеличения температуры жидкости. Оптимальное управление этим процессом успешно может быть реализовано с помощью ЭВМ. При достижении максимальной температуры процесс регулирования заканчивают. Это регулирование необходимо осуществлять при изменении условий теплообмена теплообменника 9. The operation of the device is as follows. First, the drain valve 13 is opened and, through the filling nozzle 7, the hydraulic circuit 3 is filled with liquid (water). In this case, the piston 5 using the device for moving it 6 is installed in one of the extreme positions, for example, in the lower. Then, the electric motor 2 is turned on and the pump 1 pumps liquid through the circuit 3, fixing the temperature by the sensor 11 and the pressure of its pulsation by the sensor 12. The filling nozzle 7 and the drain valve 13 are previously closed. Then open the drain valve 13 and the device for moving 6 change the position of the piston 5 in the expansion tank 4, for example, gradually shift up. In the new position of the piston 5 close the drain valve 13, fix the temperature of the liquid. At the same time, the flow rate of the liquid in the circuit is measured by the throttle 10 until pressure fluctuations occur in the circuit 3. In this case, an increase in the liquid temperature is successively achieved. Optimal control of this process can be successfully implemented using a computer. When the maximum temperature is reached, the regulation process is completed. This regulation must be carried out when changing the heat transfer conditions of the heat exchanger 9.

Результаты испытаний по предложенному способу тепловыделения в жидкости приведены в таблице. В испытаниях использовалась обычная вода. The test results of the proposed method of heat in the liquid are shown in the table. The tests used plain water.

Опыт G,кгс W₁,кВт Т/^оС f,Гц V,л W_2,кВт η, ________________________________________________________ 1 1,8 7,4 40 0,01 7,0 95 2 1,8 7,4 52 0,23 7,6 103 3 1,7 7,2 55 47 0,25 8,7 121
где G расходы воды;
W₁- мощность/ передаваемая электродвигателем в кавитирующую воду;
Т стационарная температура воды в контуре;
f -частота автоколебаний давления в контуре;
V объем газовой подушки в контуре (общий объем контура равен 10л);
W₂- тепловая мощность/ снимаемая с теплообменика;
η W₂/W₁ КПД процесса преобразования энергии. -Experience G, kgf W ₁ , kW T / ^о С f, Hz V, l W _2, kW η, ________________________________________________________ 1 1.8 7.4 40 0.01 7.0 95 2 1.8 7.4 52 0, 23 7.6 103 3 1.7 7.2 55 47 0.25 8.7 121
where G is the flow of water;
W ₁ - power / transmitted by the electric motor to cavitating water;
T is the stationary temperature of the water in the circuit;
f is the frequency of pressure oscillations in the circuit;
V is the volume of the gas cushion in the circuit (the total volume of the circuit is 10 l);
W ₂ - thermal power / removed from heat exchange;
η W ₂ / W _{1 the} efficiency of the energy conversion process. -

Claims

1. A method of heat dissipation in a liquid, including the creation of cavitation in it, characterized in that a gas cushion is created in a cavitating fluid in a closed circuit and its volume and flow rate of the flowing fluid are successively varied until a self-oscillating regime is established in it.

2. The method according to claim 1, characterized in that the source of cavitation is a centrifugal nozzle.

3. The method according to claim 1, characterized in that for varying the volume of the gas cushion, the closed loop is equipped with an expansion tank with a piston moving in it.