RU2116583C1

RU2116583C1 - Method of heating liquid

Info

Publication number: RU2116583C1
Application number: RU96110790A
Authority: RU
Inventors: Е.Г. Порсев
Original assignee: Сибирский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1996-05-29
Publication date: 1998-07-27

Abstract

FIELD: heating systems and hot water supply systems. SUBSTANCE: flow of liquid is treated with acoustic field in range of frequency of pulsation of flow of 3.8 to 4.8 kHz for amplifying cavitation mode of operation of rotary pulsation apparatus at resonance frequency of pulsation of liquid flow through active members of rotary pulsation apparatus. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам нагрева жидкости и может применяться для нагрева воды в системах отопления и горячего водоснабжения. The invention relates to methods for heating a liquid and can be used for heating water in heating systems and hot water supply.

Известен способ нагрева жидкости [1], включающий преобразование механической энергии вращающегося тела, например металлического диска, в тепловую путем трения о неподвижное тело и отвод теплоты от трущихся тел жидкой нагреваемой средой. Способ обеспечивает преобразование механической энергии в теплоту жидкого теплоносителя, но обладает низкими производительностью и надежностью, связанными с фрикционным износом рабочих органов. A known method of heating a liquid [1], including the conversion of the mechanical energy of a rotating body, such as a metal disk, into heat by friction against a stationary body and the removal of heat from rubbing bodies by a liquid heated medium. The method provides the conversion of mechanical energy into the heat of a liquid coolant, but has low productivity and reliability associated with frictional wear of the working bodies.

Известен также способ нагрева жидкости [2], являющийся прототипом заявляемого технического решения. Способ-прототип заключается в обработке жидкости акустическим полем, вырабатываемом в роторно-пульсационном аппарате. В рабочем зазоре роторно-пульсационного аппарата возникают высокочастотные акустические колебания, кавитационные явления, вязкое трение попутных потоков жидкости у ротора и статора, сопровождающиеся выделением теплоты. При этом температура жидкости прямо пропорциональна подводимой механической мощности и обратно пропорциональна удельной теплоемкости жидкости, плотности и объемной производительности аппарата. There is also known a method of heating a liquid [2], which is a prototype of the claimed technical solution. The prototype method consists in treating a liquid with an acoustic field generated in a rotary pulsation apparatus. In the working gap of the rotary-pulsation apparatus, high-frequency acoustic vibrations, cavitation phenomena, viscous friction of the associated fluid flows at the rotor and stator occur, accompanied by the release of heat. In this case, the temperature of the liquid is directly proportional to the supplied mechanical power and inversely proportional to the specific heat of the liquid, the density and volumetric productivity of the apparatus.

Недостатком способа-прототипа является низкая энергетическая эффективность процесса. В настоящее время отсутствует адекватная теория для описания процессов, происходящих в роторно-пульсационном аппарате. Существующая теоретическая модель не учитывает ряд важных параметров и явлений, что приводит к неэффективному - вне рамок возможного резонансного режима - использованию роторно-пульсационного аппарата. The disadvantage of the prototype method is the low energy efficiency of the process. Currently, there is no adequate theory to describe the processes occurring in a rotary pulsation apparatus. The existing theoretical model does not take into account a number of important parameters and phenomena, which leads to ineffective - outside the framework of the possible resonant mode - use of a rotary-pulsating apparatus.

Задача настоящего изобретения - повышение энергетической эффективности процесса путем оптимизации режимов работы. The objective of the present invention is to increase the energy efficiency of the process by optimizing operating modes.

Применение предлагаемого способа позволит повысить энергетическую эффективность процесса преобразования механической энергии в теплоту за счет нового технического результата - усиления кавитационного режима работы роторно-пульсационного аппарата на резонансной частоте пульсаций потока жидкости через активные элементы роторно-пульсационного аппарата. The application of the proposed method will improve the energy efficiency of the process of converting mechanical energy into heat due to a new technical result - enhancing the cavitation mode of operation of a rotary-pulsating apparatus at the resonant frequency of pulsations of the fluid flow through the active elements of the rotary-pulsating apparatus.

Заявленное техническое решение заключается в том, что обработку потока жидкости акустическим полем проводят в диапазоне частоты пульсации потока жидкости через роторно-пульсационный аппарата 3,8 - 4,8 кГц. The claimed technical solution lies in the fact that the processing of the fluid flow by an acoustic field is carried out in the frequency range of the pulsation of the fluid flow through a rotary-pulsation apparatus of 3.8 - 4.8 kHz.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что обработку потока жидкости акустическим полем проводят в диапазоне частоты пульсации потока жидкости через аппарат 3,8 - 4,8 кГц. The claimed technical solution differs from the prototype in that the processing of the fluid flow by an acoustic field is carried out in the frequency range of the pulsation of the fluid flow through the apparatus of 3.8 - 4.8 kHz.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что экспериментально выявлен диапазон частот пульсации потока жидкости в роторно-пульсационном аппарате, в пределах которого имеет место резонансный режим кавитационного явления, сопровождающийся выделением теплоты. The essence of the claimed technical solution lies in the fact that experimentally revealed the frequency range of the pulsation of the fluid flow in the rotary pulsation apparatus, within which there is a resonant mode of cavitation phenomenon, accompanied by heat.

На фиг. 1 схематически изображена установка для осуществления способа; на фиг. 2 показана экспериментально полученная зависимость коэффициента преобразования энергии в относительных единицах от частоты пульсации потока жидкости через роторно-пульсационный аппарат. In FIG. 1 schematically shows an installation for implementing the method; in FIG. Figure 2 shows the experimentally obtained dependence of the energy conversion coefficient in relative units on the frequency of pulsation of the fluid flow through a rotary pulsation apparatus.

Способ может быть реализован в установке (фиг. 1), которая включает роторно-пульсационный аппарат с корпусом 1, статором 2, ротором 3, крыльчаткой 4 и приводом 5, а также резервуар 6 и трубопроводы 7. При этом вход и выход роторно-пульсационного аппарата соединены трубопроводами 7 с резервуаром-аккумулятором теплоты 6. The method can be implemented in the installation (Fig. 1), which includes a rotary pulsation apparatus with a housing 1, a stator 2, a rotor 3, an impeller 4 and a drive 5, as well as a reservoir 6 and pipelines 7. The input and output of the rotary pulsation the apparatus is connected by pipelines 7 to the storage tank of heat 6.

Способ осуществляется следующим образом. В резервуар-аккумулятор теплоты 6 заливают нагреваемую жидкость, например воду. Включают привод 5, который вращает ротор 3 и крыльчатку 4, при этом крыльчатка 4 обеспечивает динамический напор воды в активной зоне, а ротор 3, периодически перекрывая окна статора 2, обеспечивает пульсацию потока жидкости с частотой, определяемой частотой вращения ротора и количеством отверстий-окон в роторно-статорной паре. При работе в диапазоне частот от 3,8 кГц до 4,8 кГц начинается усиление кавитации и увеличение выхода теплоты. The method is as follows. A heated liquid, for example water, is poured into the heat storage tank 6. The drive 5 is turned on, which rotates the rotor 3 and the impeller 4, while the impeller 4 provides a dynamic water pressure in the core, and the rotor 3, periodically blocking the windows of the stator 2, provides pulsation of the fluid flow with a frequency determined by the rotor speed and the number of window openings in rotor-stator pair. When operating in the frequency range from 3.8 kHz to 4.8 kHz, cavitation amplification and an increase in heat output begin.

При этом в области частот пульсации потока жидкости через роторно-пульсационный аппарат от 3,8 до 4,8 кГц наблюдается возрастание эффективности преобразования энергии. Результаты экспериментов по нагреву жидкости в установке, приведенной на фиг. 1, приведены в таблице, где приняты следующие обозначения: F - частота пульсации потока жидкости, Гц; Q_т - тепловая мощность, выделяемая при осуществлении заявляемого способа нагрева жидкости, кДж/ч; N - механическая мощность, затрачиваемая на вращение ротора роторно-пульсационного аппарата, кДж/ч; M = Q_т/N - коэффициент преобразования энергии, относительные единицы.Moreover, in the frequency range of the pulsation of the fluid flow through the rotary pulsation apparatus from 3.8 to 4.8 kHz, an increase in the energy conversion efficiency is observed. The results of experiments on heating the liquid in the installation shown in FIG. 1, are shown in the table, where the following notation is adopted: F - frequency of pulsation of the fluid flow, Hz; Q _t - thermal power released during the implementation of the proposed method for heating the liquid, kJ / h; N is the mechanical power spent on the rotation of the rotor of the rotary pulsation apparatus, kJ / h; M = Q _t / N - energy conversion coefficient, relative units.

Применение заявляемого способа позволит повысить энергетическую эффективность процесса преобразования механической энергии вращающегося вала в теплоту рабочей жидкости в 6 - 7 раз по сравнению с преобразованием энергии трением за счет оптимизации режима работы. The application of the proposed method will improve the energy efficiency of the process of converting the mechanical energy of a rotating shaft into the heat of the working fluid by 6 - 7 times compared with the conversion of energy by friction due to the optimization of the operating mode.

Claims

A method of heating a fluid, comprising treating the fluid with an acoustic field generated, for example, in a rotary pulsation apparatus, characterized in that the treatment is carried out in the frequency range of the pulsations of the fluid flow through the apparatus 3.8-4.8 kHz.