RU2139454C1 - Устройство для воздействия на поток текучей среды - Google Patents

Устройство для воздействия на поток текучей среды Download PDF

Info

Publication number
RU2139454C1
RU2139454C1 RU98100026/12A RU98100026A RU2139454C1 RU 2139454 C1 RU2139454 C1 RU 2139454C1 RU 98100026/12 A RU98100026/12 A RU 98100026/12A RU 98100026 A RU98100026 A RU 98100026A RU 2139454 C1 RU2139454 C1 RU 2139454C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
fluid
supplying
geometric axis
flow
Prior art date
Application number
RU98100026/12A
Other languages
English (en)
Other versions
RU98100026A (ru
Inventor
Сергей Борисович Осипенко (UA)
Сергей Борисович Осипенко
Original Assignee
Сергей Борисович Осипенко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Борисович Осипенко filed Critical Сергей Борисович Осипенко
Publication of RU98100026A publication Critical patent/RU98100026A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2139454C1 publication Critical patent/RU2139454C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
    • F15D1/00—Influencing flow of fluids
    • F15D1/02—Influencing flow of fluids in pipes or conduits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/50—Mixing liquids with solids
    • B01F23/56—Mixing liquids with solids by introducing solids in liquids, e.g. dispersing or dissolving
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/20—Jet mixers, i.e. mixers using high-speed fluid streams
    • B01F25/27—Mixing by jetting components into a conduit for agitating its contents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F2025/91—Direction of flow or arrangement of feed and discharge openings
    • B01F2025/918—Counter current flow, i.e. flows moving in opposite direction and colliding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40—Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • B01F23/41—Emulsifying

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)

Abstract

Изобретение предназначено для возбуждения регулируемой гидродинамической кавитации, например, с целью нагрева текучей среды и/или диспергирования в ней твердых или жидких материалов. Оно имеет осесимметричный проточный канал для прокачивания основного потока текучей среды и отверстие в стенке этого канала для подачи в основной поток возмущающей струи и возбуждения гидродинамической кавитации. Для уменьшения гидравлических потерь и шумности, повышения надежности и КПД указанное отверстие открыто непосредственно в полость канала, а его геометрическая ось пересекается с геометрической осью канала под углом, выбранным в интервале от -60 до +45°. При этом предпочтительно иметь несколько таких отверстий для подачи в основной поток возмущающих струй той же самой или иной по химическому составу текучей среды. 14 з.п.ф-лы, 9 ил.

Description

Изобретение относится к конструкции устройств для воздействия на поток текучей среды, а более конкретно, к конструкции струйных генераторов регулируемой гидродинамической кавитации в потоке.
Эти устройства могут служить основой:
кавитационных теплогенераторов, которые могут быть использованы предпочтительно в оборудованных теплоаккумуляторами автономных замкнутых системах теплоснабжения (в частности, водяного отопления жилых, общественных и промышленных зданий), которые работают от источников даровой энергии или от сетей электроснабжения (желательно в период действия "ночного" тарифа);
нагревателей-смесителей по меньшей мере двух разных жидких материалов независимо от их способности к взаиморастворению и, в частности, нагревателей-смесителей:
- для приготовления устойчивых водомазутных эмульсий предпочтительно непосредственно перед впрыском в топки, например паровых котлов, или в промышленные печи,
- для гомогенизации и одновременной стерилизации таких пищевых продуктов, как молоко, овощные и фруктовые соки и т.п.;
внешних проточных нагревателей-активаторов реакционных смесей в сочетании с емкостными химическими аппаратами, как правило, периодического действия;
проточных реакторов-нагревателей для проведения химических реакций;
реакторов-нагревателей для термомеханохимической обработки вязких органических материалов, например, термомеханодеструкции отходов нефтепереработки.
Здесь и далее термином "текучая среда" обозначены:
преимущественно ньютоновские жидкости (например: вода, водные растворы, водные эмульсии типа молока, низкоконцентрированные водные суспензии, пиво и т.д.), если речь идет о материалах, в которых возбуждается кавитация, а также
вязкие, неньютоновские жидкости типа мазута, жидких олигомеров или полимеров, произвольные по составу суспензии и эмульсии и газы (например: воздух, диоксид углерода и т.д.), если речь идет о материалах, вводимых в виде возмущающих струй в основной поток текучей среды.
Кавитация, то есть нарушение сплошности капельной жидкости из-за локальных падений давления ниже критического значения, которое практически равно давлению насыщенного пара этой жидкости при конкретной температуре, обычно рассматривается в технике как нежелательное явление. Действительно, кавитация, которая спонтанно возникает при работе судовых движителей, рабочих колес гидротурбин и рабочих органов насосов или гидромоторов, понижает их КПД, вызывает интенсивную эрозию, порождает сильный шум и способна привести к преждевременному (и что особенно опасно - к неожиданному) разрушению указанных частей гидромашин. Именно в таком аспекте нерегулируемая кавитация и ее последствия описаны в большинстве энциклопедических справочников (см., например, статьи "cavitation", "cavitation erosion", "cavitation noise" в словаре McGrow-Hill, Dictionary of Scientific and Technical Terms, Second Edition, p. 261).
Поэтому процессы генерирования тепла преобразованием кинетической энергии жидкости в тепловую энергию и химические процессы в потоке жидкости обычно стремятся проводить так, чтобы исключить кавитацию.
Например, из описания изобретения к а.с. СССР 1627790 известен сугубо фрикционный теплогенератор, в котором нагрев жидкой среды происходит вследствие ее трения о рабочие органы, приводимые во вращение от ветродвигателя. Этот теплогенератор работает в близком к ламинарному режиме, что исключает кавитацию, и потому весьма надежен в эксплуатации. Однако он имеет низкую удельную мощность и низкую же теплопроизводительность.
Существенно более мощный и производительный теплогенератор по а.с. СССР 1703924 имеет контур рециркуляции жидкого теплоносителя с центробежным насосом как средством разгона жидкости и водо-водяным кожухотрубчатым теплообменником как средством отбора тепла. Нагрев жидкой среды в таком теплогенераторе происходит вследствие ее интенсивной турбулизации. Поэтому для подавления кавитации на центральном входном патрубке насоса такого теплогенератора установлен "струйный аппарат" (эжектор), который обеспечивает питание насоса жидкостью с повышенным, исключающим кавитацию давлением.
Однако при определенных условиях кавитация весьма полезна и ее широко используют в технике, например: для очистки произвольных деталей машин от жировых загрязнений перед нанесением покрытий; для получения устойчивых суспензий или эмульсий диспергированием твердых или жидких материалов в несмешивающихся с ними и не растворяющих их жидкостях и т.п. Эти процессы обычно осуществляют с применением ультразвуковых средств возбуждения регулируемой акустической кавитации (см., например "Политехнический словарь".- М. : "Советская Энциклопедия", 1976, статья "Ультразвуковая обработка", с. 520).
Действительно, ультразвук весьма удобен как "кави- тационный" фактор из-за возможности точного и плавного регулирования амплитуды колебаний и плотности его мощности преимущественно в жидкой среде и практически незаменим в случаях, когда кавитацию необходимо возбуждать в неньютоновской (высоковязкой или пластичной) жидкости или в произвольной жидкости, находящейся в непроточном сосуде. Однако для многочисленных указанных выше областей применения регулируемой кавитации процессы желательно проводить в интенсивном потоке жидкой среды, общая масса или расход которой могут быть весьма значительными. Например, замкнутые рециркуляционные системы теплоснабжения могут вмещать от нескольких тонн до нескольких десятков тонн воды, а расход мазута в системах отопления мощных паровых котлов теплоэлектростанций может достигать от десятков до сотен тонн в сутки.
Для этих условий весьма желательно использовать именно гидродинамическую кавитацию и, соответственно, такие устройства для воздействия на поток текучей среды, которые обеспечивают регулируемое генерирование и схлопывание каверн.
Из таких устройств к предлагаемому наиболее близко устройство, схема которого известна из описания изобретения SU 1785115 (М.кл. B 01 F 5/00, 10.05.96, с. 6). Оно имеет осесимметричный проточный канал для прокачивания основного потока текучей среды и средство для возбуждения гидродинамической кавитации в виде отверстия в стенке этого канала, сквозь которое в основной поток подают возмущающую струю текучей среды и геометрическая ось которого перпендикулярна геометрической оси проточного канала.
Естественно, что изменением соотношения напора основного потока и напора возмущающей струи текучей среды можно в принципе регулировать кавитационный процесс.
Однако возможности такого регулирования весьма ограничены, ибо в любом случае подача возмущающей струи будет эффективна лишь тогда, когда ее напор существенно превышает напор основного потока текучей среды. При этом неизбежно возникают затруднения с формированием каверн вблизи геометрической оси основного потока, из-за чего стенки проточного канала испытывают интенсивные гидродинамические удары, устройство в целом становится мощным источником гидродинамического шума, а его КПД оказывается заметно ниже теоретически возможного.
Поэтому в основу изобретения положена задача путем усовершенствования конструктивных условий взаимодействия основного потока с вводимой в него возмущающей струей создать такое устройство для воздействия на поток текучей среды с возбуждением регулируемой гидродинамической кавитации, в котором гидравлические потери и шумность были бы существенно снижены (а надежность и КПД соответственно повышены) и которое обеспечивало бы как можно более эффективное регулирование процессов генерирования и схлопывания каверн.
Поставленная задача решена тем, что в устройстве для воздействия на поток текучей среды, имеющем осесимметричный проточный канал для прокачивания основного потока текучей среды и отверстие в стенке этого канала для подачи в основной поток возмущающей струи и возбуждения гидродинамической кавитации, согласно изобретению геометрическая ось указанного отверстия пересекается с геометрической осью проточного канала под углом, выбранным в интервале от -60 до +45o относительно перпендикуляра к геометрической оси этого канала.
При подаче возмущающей струи через наклонные отверстия каверны образуются при незначительном дросселировании основного потока текучей среды, а их схлопывание существенно слабее отражается на надежности как самого устройства для воздействия на поток текучей среды, так и подключаемого к нему технологического оборудования (систем отопления, химических аппаратов и т.д.). Действительно, хаотичные колебания текучей среды при схлопывании каверн свободно распространяются вдоль канала преимущественно в текучей среде и довольно быстро самозатухают ниже по потоку за зоной взаимодействия струй, что снижает вибрации и шумность.
Первое дополнительное отличие заключается в том, что устройство имеет по меньшей мере одно дополнительное выполненное в стенке проточного канала и также непосредственно открытое в его полость отверстие для подачи в основной поток дополнительной возмущающей струи той же самой или иной по составу текучей среды. Это позволяет при необходимости, во-первых, интенсифицировать кавитацию в ограниченном объеме или "растягивать" зону кавитации вдоль канала и, во-вторых, вводить в основной поток текучей среды разные по химическому составу текучие ингредиенты.
Второе, дополнительное к первому отличие состоит в том, что отношение диаметра di каждого из отверстий в стенке канала к внутреннему диаметру Dк канала (di/Dк) не превышает 0,125. Это позволяет, во-первых, дополнительно повысить надежность предложенного устройства путем ограничения максимально возможных размеров каверн и, во-вторых, при необходимости наиболее эффективно формировать как основной поток, так и возмущающие струи от одного и того же источника текучей среды.
Третье, дополнительное к первому отличие предусматривает, что выходы отверстий расположены по периметру канала примерно в одной поперечной плоскости. Это позволяет возбуждать, наиболее интенсивную кавитацию в весьма ограниченной по объему части канала, что особенно важно при эмульгировании или суспендировании соответственно высоковязких жидких или прочных твердых материалов в текучей дисперсионной среде и при термомеханохимической обработке высоковязких материалов (в частности, при термомеханической деструкции полимеров).
Четвертое, дополнительное к третьему отличие предусматривает, что указанные выходы отверстий для подачи возмущающих струй расположены на равных угловых расстояниях. В этом случае указанные выше преимущества предложенного устройства как средства диспергирования проявляются наиболее полно.
Пятое, дополнительное к первому отличие предусматривает, что выходы отверстий для подачи возмущающих струй последовательно расположены вдоль канала. В этой форме выполнения при использовании предложенного устройства для нагрева текучей среды удается избежать локальных перегревов стенок канала, а при его использовании для диспергирования можно существенно уменьшить размер частиц эмульсии или суспензии при меньшей, чем в выше указанном случае, мощности единичных гидравлических ударов.
Шестое, дополнительное к пятому отличие предусматривает, что точки пересечения геометрических осей отверстий для подачи возмущающих струй с геометрической осью канала расположены одна от другой на разных линейных расстояниях bi, которые выбраны с соблюдением следующих условий:
b1 не менее 0,5Dк, считая по потоку от входа в цилиндрический участок проточного канала,
b2 не менее 4d1, считая по потоку от точки пересечения геометрической оси первого отверстия с геометрической осью проточного канала, и каждое дальнейшее
bi не менее 4di-1, считая по потоку от точки пересечения геометрической оси (i-1)-ого отверстия с геометрической осью проточного канала,
где Dк - уже указанный внутренний диаметр канала, а
di - диаметры соответствующих отверстий.
При соблюдении этих условий, как было экспериментально установлено, каждый последующий этап возбуждения кавитации в потоке текучей среды начинается после схлопывания каверн, образовавшихся при впрыске предшествующей возмущающей струи. Это делает процесс более "гладким" и дополнительно способствует повышению надежности предложенного устройства.
Седьмое, дополнительное к первому отличие предусматривает, что в стенке указанного канала выполнено по меньшей мере одно отверстие для подачи газа в текучую среду, расположенное по ее потоку далее отверстия для подачи возмущающей струи. Основное преимущество такой формы выполнения предложенного устройства заключается в искусственном гашении кавитации ниже по потоку. Это особенно важно в тех случаях, когда предложенное устройство используется в качестве активатора химических процессов в чувствительных к чрезмерным термомеханохимическим воздействиям реакционных смесях. Другое преимущество такой формы выполнения предложенного устройства состоит в возможности сатурации текучей среды каким-либо полезным для ее последующего использования газом (например, при изготовлении шипучих напитков), а также в возможности повторного газирования таких текучих сред, как пиво, при их термомеханической стерилизации перед разливом в банки для длительного хранения.
Восьмое, дополнительное к седьмому отличие предусматривает, что оно имеет одно отверстие для подачи газа в текучую среду, которое расположено по ее потоку далее последнего отверстия для подачи возмущающей струи. Этот частный вариант осуществления изобретательского замысла наиболее прост.
Девятое, дополнительное к седьмому отличие предусматривает, что предложенное устройство имеет несколько отверстий для подачи газа в поток текучей среды, причем геометрические оси этих отверстий и отверстий для подачи возмущающих струй расположены примерно в одной плоскости. Эта форма выполнения предложенного устройства наиболее эффективна при сатурации текучей среды газами.
Десятое, дополнительное к седьмому отличие предусматривает, что геометрическая ось каждого из отверстий для подачи газа пересекается с геометрической осью канала под углом, выбранным в интервале от -10o до +60o. При соблюдении этого условия гашение кавитации в текучей среде ниже по ее потоку от места подачи возмущающей струи происходит наиболее эффективно.
Одиннадцатое дополнительное отличие предусматривает, что указанный канал для прокачивания основного потока текучей среды имеет цилиндрический участок и входной конфузор, раструб которого предназначен для подключения к средству нагнетания текучей среды в канал. Тем самым обеспечивается ускорение основного потока текучей среды перед возбуждением кавитации.
Двенадцатое, дополнительное к одиннадцатому отличие состоит в том, что по меньшей мере одно отверстие для подачи возмущающей струи текучей среды в ее основной поток выполнено как продолжение байпасного патрубка, входной участок которого предназначен для подключения к средству нагнетания текучей среды в канал. Тем самым создаются предпосылки для согласования напора основного потока текучей среды и возмущающих струй.
Тринадцатое, дополнительное к двенадцатому отличие состоит в том, что указанный байпасный патрубок снабжен регулятором проходного сечения, что позволяет настраивать предложенное устройство на требуемые режимы кавитации непосредственно в процессе его эксплуатации.
И, наконец, четырнадцатое, дополнительное к двенадцатому отличие состоит в том, что указанный байпасный патрубок подключен к средству нагнетания текучей среды через полость конфузора. Таким образом достигается наилучшее согласование напора основного потока текучей среды и напора возмущающей струи.
Далее сущность изобретения поясняется подробным описанием конструкции и работы предлагаемого устройства со ссылками на прилагаемые чертежи, где изображены на:
фиг. 1 - простейшее устройство для воздействия на поток текучей среды (в продольном разрезе);
фиг. 2 - устройство для воздействия на поток текучей среды с множеством отверстий для подачи возмущающих струй и/или газа-успокоителя и/или иных материалов (в продольном разрезе);
фиг. 3 - поперечное сечение по АА с фиг. 1;
фиг. 4 - устройство для воздействия на поток текучей среды с одним отверстием для подачи газа-успокоителя кавитации (в продольном разрезе);
фиг. 5 - устройство для воздействия на поток текучей среды с двумя разнонаправленными отверстиями для подачи возмущающих струй (в продольном разрезе);
фиг. 6 - простейшее устройство для воздействия на поток текучей среды с входным конфузором (в продольном разрезе);
фиг. 7 - устройство для воздействия на поток текучей среды с входным конфузором и байпасными патрубками (в продольном разрезе);
фиг. 8 - схема теплогенераторной установки на основе устройства для воздействия на поток текучей среды (вид сбоку с частичным разрезом по баку-теплоаккумулятору);
фиг. 9 - то же, что на фиг. 8 (вид сверху).
Устройство для воздействия на поток текучей среды (см. фиг. 1) как минимум имеет осесимметричный ограниченный стенкой 1 проточный канал для прокачивания основного потока текучей среды и по меньшей мере одно отверстие 2 в стенке 1 указанного канала для подачи возмущающей струи такой же или иной по химическому составу текучей среды в ее основной поток для возбуждения гидродинамической кавитации. Отверстие 2 должно быть непосредственно открыто в проточный канал, а его геометрическая ось должна пересекаться с геометрической осью канала под углом, выбранным в интервале от -60 до +45o.
Здесь и далее углы наклона отсчитывают от условного 0o, соответствующего перпендикуляру к геометрической оси канала, ограниченного стенкой 1. При этом знаки [-] и [+] указывают на такие углы наклона геометрических осей отверстий 2 к геометрической оси канала, при которых возмущающие струи соответственно ориентированы либо навстречу, либо спутно основному потоку текучей среды.
Следует отметить, что при абсолютной величине углов наклона в указанных пределах взаимодействие основного потока и возмущающей струи текучей среды с генерированием и схлопыванием каверн протекает наиболее эффективно. Действительно, как показали экспериментальные исследования, при углах более +45o процесс генерирования каверн становится тем более неустойчивым, чем более спутной основному потоку оказывается возмущающая струя, а при углах менее -60o процесс схлопывания каверн тем далее "растягивается" по длине осесимметричного канала, чем более встречной потоку оказывается возмущающая струя.
Следует также отметить, что даже при одном отверстии 2 возможно использовать для формирования возмущающей струи такую текучую среду, химический состав и физические свойства (например, вязкость и/или плотность) которой существенно отличаются от состава и свойств текучей среды, используемой для формирования основного потока.
Однако технологические возможности предложенного устройства существенно расширяются, когда количество отверстий 2 в стенке 1, непосредственно открытых в проточный канал и наклоненных к его геометрической оси под выбранными в указанном диапазоне углами, будет не менее (а предпочтительно - более) двух.
В этом случае возможны два основных варианта расположения выходов отверстий 2 относительно проточного канала:
последовательно один за другим вдоль канала, как это видно на фиг. 2, или
по периметру канала примерно в одной плоскости и, предпочтительно, на равных угловых расстояниях, как это видно на фиг. 3.
Естественно, что при некоторых технологических потребностях не исключено и сочетание обоих вариантов расположения выходов отверстий 2.
Действительно, при последовательном расположении выходов отверстий 2 зона кавитации "растягивается" вдоль канала, что позволяет в довольно мягком режиме эффективно диспергировать компоненты (например, капли жира в молоке) в составе текучей среды и/или вводить одинаковые или разные добавки в основной поток текучей среды и эффективно их перемешивать.
Если же выходы отверстий 2 расположены по периметру проточного канала примерно в одной плоскости, генерирование каверн происходит в весьма ограниченном объеме, что позволяет интенсивными гидравлическими ударами диспергировать даже высокопрочные твердые добавки к основному потоку текучей среды или эффективно механохимически деструктировать полимеры, кубовые остатки переработки (особенно высоковязких) нефтей, частицы резины и т.п.
Специалисту понятно, что в последнем случае стенка 1 проточного канала вокруг зоны интенсивной кавитации для снижения опасности аварий может быть дополнительно армирована с использованием известных методов и средств.
Однако независимо от схемы взаиморасположения отверстий 2 относительно проточного канала предпочтительно (см. фиг. 2), чтобы отношение диаметра di каждого из отверстий 2 к внутреннему диаметру Dк канала (di/Dк) не превышало 0,125. При выполнении этого условия практически исключаются перекрытие просвета проточного канала образующимися кавернами и, соответственно, их схлопывание с прямой (не опосредованной слоем текучей среды) передачей ударных импульсов на стенку 1. Кроме того, при формировании основного потока и возмущающих струй от одного и того же источника текучей среды удается стабилизировать размеры генерируемых каверн и уровень гидродинамического шума.
Дополнительно следует отметить, что выходы последовательно расположенных вдоль проточного канала отверстий 2 (см. фиг. 2) предпочтительно должны находиться на разных линейных расстояниях, которые выбраны с соблюдением следующих условий:
b1 не менее 0,5Dк, считая по потоку от входа в цилиндрический участок проточного канала,
b2 не менее 4d1, считая по потоку от точки пересечения геометрической оси первого отверстия с геометрической осью проточного канала, и каждое дальнейшее
bi не менее 4di-1, считая по потоку от точки пересечения геометрической оси (i-1)-ого отверстия с геометрической осью проточного канала,
где Dк - уже указанный внутренний диаметр канала, а
di - диаметры соответствующих отверстий 2.
Как было выше отмечено, при таком расположении выходов отверстий 2 в проточный канал, каждый последующий этап возбуждения кавитации в потоке текучей среды обычно начинается после схлопывания каверн, образовавшихся при впрыске предшествующей возмущающей струи. Этот эффект, способствующий существенному повышению надежности предложенного устройства, особенно заметен при соблюдении также ранее указанного условия (di/Dк < 0,125.
Целесообразно (см. фиг. 2 и 4) иметь в стенке 1 указанного канала по меньшей мере одно отверстие 3 для подачи газа в текучую среду, расположенное по потоку далее отверстия 2 для подачи возмущающей струи. При этом желательно, чтобы геометрическая ось каждого такого отверстия 3 для подачи газа пересекалась с геометрической осью канала под углом, выбранным в интервале от -10 до +60o.
Эти углы наклона также отсчитывают от условного 0o, соответствующего перпендикуляру к геометрической оси канала, ограниченного стенкой 1. При этом знаки [-] и [+] указывают на такие углы наклона геометрических осей отверстий 3 к геометрической оси канала, при которых потоки газа соответственно ориентированы либо навстречу, либо спутно основному потоку текучей среды.
Если отверстие 3 для подачи газа всего одно, то предпочтительно, когда оно расположено далее последнего отверстия 2 для подачи возмущающей струи (см. фиг. 4). Если же имеется несколько отверстий 3, то желательно, чтобы геометрические оси этих отверстий 3 и отверстий 2 для подачи возмущающих струй были расположены примерно в одной плоскости (см. вновь фиг. 2), а выходы отверстий 3 находились ниже по потоку относительно выходов предшествующих отверстий 2.
Основная цель введения газа в поток кавитирующей текучей среды состоит в успокоении этой среды, снижении гидродинамического шума и, соответственно, повышении надежности устройства согласно изобретению как такового и технологических систем, в которые оно будет встроено.
Естественно, что газ, используемый только для указанной цели, должен быть отделен от потока текучей среды после его успокоения и что такое отделение может быть обеспечено общеизвестными коммерчески доступными средствами.
Однако технологические возможности, создаваемые описанной формой воплощения изобретательского замысла, этим не исчерпываются. Например, возможно применение описанного устройства для стерилизации таких шипучих напитков, как пиво. В этом случае использование отверстий 3 обеспечивает ресатурацию потока пива углекислым газом, выделившимся из него при нагреве.
В одной из предпочтительных форм выполнения предложенного устройства (см. фиг. 6) канал для прокачивания основного потока текучей среды имеет цилиндрический участок 4 и входной конфузор 5, раструб которого предназначен для подключения к средству нагнетания текучей среды в канал.
При этом желательно, чтобы каждое отверстие 2 для подачи возмущающей струи текучей среды в ее основной поток было выполнено как продолжение байпасного патрубка 6, который предназначен для подключения к упомянутому средству нагнетания, в частности, через полость конфузора 5, как это показано на фиг. 7.
Целесообразно также, чтобы каждый указанный байпасный патрубок 6 был снабжен регулятором 7 проходного сечения.
Для дополнительного пояснения сущности предложенного устройства и возможностей его практического использования на фигурах 8 и 9 схематически показана теплогенераторная установка. Она имеет электродвигатель (или иной источник энергии) 8, предпочтительно центробежный насос 9, бак-теплоаккумулятор 10, придонная часть которого питающим патрубком 11 подключена на всас насоса 9, устройство 12 для воздействия на поток текучей среды, подключенное к нагнетательному патрубку насоса 9, и газовый (в частности, воздушный) резервуар-сепаратор 13, установленный над крышкой (или на крышке) бака-теплоаккумулятора 10 и включенный между газовой (воздушной) полостью указанного бака 10 и проточным каналом устройства 12.
Для возбуждения и поддержания кавитационного режима в устройстве 12 предусмотрены (в частности, два, как видно на фиг. 9), байпасных патрубка 6 с регуляторами 7 проходного сечения, соединяющие полость нагнетательного патрубка насоса 9 с цилиндрическим проточным каналом устройства 12 так, как это описано выше.
Насос 9, устройство 12 и бак-теплоаккумулятор 10 в совокупности образуют контур рециркуляции текучей среды. к которому известным для специалистов образом могут быть подключены потребители тепловой энергии, например, общеизвестные батареи водяного отопления.
Верхняя часть полости бака-теплоаккумулятора 10, резервуар-сепаратор 13 с газовым патрубком 14 и часть проточного канала устройства 12 в совокупности образуют контур рециркуляции газа (воздуха).
Хотя это и не показано особо на фиг. 8, выходы отверстий из байпасных патрубков 6 в проточный канал устройства 12 ориентированы, например, под углами около -45o навстречу основному потоку, а выход в ту же полость из газового патрубка 14 ориентирован, например, под углом около +40o спутно основному потоку текучей среды.
Устройство для воздействия на поток текучей среды, описанное выше на разных примерах воплощения изобретательского замысла, может быть следующим образом использовано для возбуждения регулируемой гидродинамической кавитации.
Как видно на фиг. 1, сквозь ограниченный стенкой 1 проточный канал прокачивают под давлением основной поток текучей среды, который обозначен тремя параллельными стрелками. По меньшей мере одну возмущающую струю (той же, или иной) текучей среды, которая обозначена штриховкой, впрыскивают в указанный основной поток, что вызывает локальное падение давления жидкости в основном потоке ниже критического значения и образование каверн, которые обозначены осесимметричной (для данного случая с двумя отверстиями 2) кривой контурной линией.
Эти каверны обычно дробятся на отдельные более мелкие "пустоты", которые самопроизвольно схлопываются ниже по потоку внутри проточного канала с преобразованием кинетической энергии напора основного потока текучей среды преимущественно в тепловую энергию и, в некоторой степени, в энергию механических колебаний (как правило, звуковой частоты).
Регулирование кавитационного режима в таком простейшем варианте возможно изменением соотношения напора и/или расхода в основном потоке текучей среды и напора и/или расхода текучей среды в возмущающих струях.
Как видно на фиг. 2, через отверстия 3, выходы которых расположены ниже по потоку относительно выходов предшествующих отверстий 2, в основной поток текучей среды можно вдувать газ-успокоитель, облегчающий схлопывание каверн, или иной газообразный (ре)агент для насыщения текучей среды и/или проведения в ней химических реакций.
В простейших же случаях, когда требуется лишь снижение уровня гидродинамического шума, достаточно вдувать газ-успокоитель через одно отверстие 3, расположенное по потоку ниже всех отверстий 2 (см. фиг. 4).
Как уже было сказано, при подаче возмущающих струй через несколько расположенных по периметру стенки 1 отверстий 2 (см. фиг. 3) в основном потоке текучей среды можно генерировать весьма мощные гидравлические удары, достаточные для термомеханохимической обработки (преимущественно деструкции) олигомерных и полимерных материалов.
Подача разнонаправленных возмущающих струй с использованием устройства согласно фиг. 5 наиболее предпочтительна при кавитационном приготовлении эмульсий или суспензий из разных по химическому составу и свойствам материалов на основе произвольных жидких дисперсионных сред, используемых для формирования основного потока текучей среды.
Дополнительный разгон текучей среды в конфузоре (см. фиг. 6) способствует наиболее эффективному преобразованию кинетической энергии жидкости в тепловую энергию, а использование байпасных патрубков 6 (в особенности, с регуляторами 7 их проходного сечения и, соответственно, расхода текучей среды на формирование возмущающих струй позволяет эффективно влиять на генерирование каверн в основном потоке.
При использовании устройства 12 для воздействия на поток текучей среды в составе теплогенераторной установки (см. фиг. 8 и 9) в качестве основных особенностей его работы следует отметить непрерывно и одновременно протекающие рециркуляцию жидкого теплоносителя через бак-теплоаккумулятор 10, сепарацию газа-успокоителя от жидкого теплоносителя в верхней части этого бака-теплоаккумулятора 10 и рециркуляцию газа-успокоителя через резервуар-сепаратор 13, газовый патрубок 14 и часть проточного канала устройства 12.
Естественно, что приведенные примеры конструктивного осуществления изобретательского замысла и примеры технологических возможностей не исчерпывают все аспекты промышленного применения устройства согласно изобретению.

Claims (15)

1. Устройство для воздействия на поток текучей среды, имеющее осесимметричный проточный канал для прокачивания основного потока текучей среды и отверстие в стенке этого канала для подачи в основной поток возмущающей струи и возбуждения гидродинамической кавитации, отличающееся тем, что геометрическая ось указанного отверстия пересекается с геометрической осью проточного канала под углом, выбранным в интервале от -60 до +45o относительно перпендикуляра к геометрической оси этого канала.
2. Установка по п. 1, отличающееся тем, что оно имеет по меньшей мере одно дополнительное выполненное в стенке проточного канала и также непосредственно открытое в его полость отверстие для подачи в основной поток дополнительной возмущающей струи той же самой или иной по составу текучей среды.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отношение диаметра di каждого из отверстий в стенке канала в внутреннему диаметру Dk канала (di/Dk) не превышает 0,125.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выходы отверстий расположены по периметру канала примерно в одной плоскости.
5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что указанные выходы отверстий для подачи возмущающих струй расположены на равных угловых расстояниях.
6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что выходы отверстий для подачи возмущающих струй последовательно расположены вдоль канала.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что точки пересечения геометрических осей отверстий для подачи возмущающих струй с геометрической осью канала расположены одна от другой на разных линейных расстояниях bi, которые выбраны с соблюдением следующих условий: b1 не менее 0,5 Dk, считая по потоку от входа в цилиндрический участок проточного канала, b2 не менее 4 d1, считая по потоку от точки пересечения геометрической оси первого отверстия с геометрической осью проточного канала, и каждое дальнейшее bi не менее 4 di-1, считая по потоку от точки пересечения геометрической оси (i-1)-го отверстия с геометрической осью проточного канала, где Dk - уже указанный внутренний диаметр канала, а di - диаметры соответствующих отверстий.
8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в стенке указанного канала выполнено по меньшей мере одно отверстие для подачи газа в текучую среду, расположенное по ее потоку далее отверстия для подачи возмущающей струи.
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно имеет одно отверстие для подачи газа в текучую среду, которое расположено по ее потоку далее последнего отверстия для подачи возмущающей струи.
10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно имеет несколько отверстий для подачи газа в текучую среду, причем геометрические оси этих отверстий и отверстий для подачи возмущающих струй расположены примерно в одной плоскости.
11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что геометрическая ось каждого из отверстий для подачи газа пересекается с геометрической осью канала под углом, выбранным в интервале от -10 до +60o.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный канал для прокачивания основного потока текучей среды имеет цилиндрический участок и входной конфузор, раструб которого предназначен для подключения к средству нагнетания текучей среды в канал.
13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что по меньшей мере одно отверстие для подачи возмущающей струи текучей среды в ее основной поток выполнено как продолжение байпасного патрубка, входной участок которого предназначен для подключения к средству нагнетания текучей среды в канал.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что указанный байпасный патрубок снабжен регулятором проходного сечения.
15. Устройство по п.13, отличающееся тем, что указанный байпасный патрубок подключен к средству нагнетания текучей среды через полость конфузора.
RU98100026/12A 1997-03-24 1997-05-08 Устройство для воздействия на поток текучей среды RU2139454C1 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA97031332 1997-03-24
UA97031332A UA25852C2 (uk) 1997-03-24 1997-03-24 Пристрій для діяhhя hа потік плиhhого середовища
PCT/UA1997/000003 WO1998042987A1 (fr) 1997-03-24 1997-05-08 Dispositif pour influencer l'ecoulement d'un fluide

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU98100026A RU98100026A (ru) 1999-09-20
RU2139454C1 true RU2139454C1 (ru) 1999-10-10

Family

ID=21689180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98100026/12A RU2139454C1 (ru) 1997-03-24 1997-05-08 Устройство для воздействия на поток текучей среды

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1203888A4 (ru)
AU (1) AU3715297A (ru)
RU (1) RU2139454C1 (ru)
UA (1) UA25852C2 (ru)
WO (1) WO1998042987A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2562488C2 (ru) * 2010-12-08 2015-09-10 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив Способ и устройство генерирования капель с модулируемым гранулометрическим спектром
RU2668376C2 (ru) * 2013-03-13 2018-09-28 Общество с ограниченной ответственностью "Миллисекундные технологии" (ООО "МСТ") Реактор для стерилизации
RU214953U1 (ru) * 2022-05-27 2022-11-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Активатор жидких сред

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002016783A1 (fr) * 2000-08-23 2002-02-28 Osipenko Sergey Borisovich Dispositif pour agir sur un flux de milieu fluide
RU2218491C2 (ru) * 2001-09-26 2003-12-10 Сергей Борисович Осипенко Устройство для гидродинамической обработки текучих сред
CA2511744C (en) 2002-12-23 2010-10-26 Sergey Borisovich Osipenko Process for dispersing plant seeds and apparatus for carrying out thereof
JP2008517997A (ja) * 2004-10-29 2008-05-29 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 超音波撮像における造影剤として使用するための粒子の分散調合
DE102010042608A1 (de) * 2010-10-19 2012-04-19 Voith Patent Gmbh Chemikalieneinmischung
GB2553002B (en) * 2016-08-19 2020-12-30 Cameron Tech Ltd Assembly for control and/or measurement of fluid flow

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1627790A (en) 1924-02-19 1927-05-10 Theodore K Macorn Cigar-tip cutter and cigar box
US1703924A (en) 1924-03-29 1929-03-05 Shoe Hardware Company Multiple-fastening device
DE455957C (de) * 1926-09-21 1928-02-13 Heinrich Silberberg Vorrichtung zum Vermischen von Badewasser mit Luft
GB713064A (en) * 1950-04-14 1954-08-04 Holmes & Co Ltd W C Improvements in method and apparatus for the oxidation of solutions and/or suspensions of oxidisable solids by means of oxygen-containing gases
FR2079834A5 (ru) * 1970-02-13 1971-11-12 Commissariat Energie Atomique
US3866630A (en) * 1970-12-04 1975-02-18 Fowler Knobbe & Martens Ball canister and system for controlling cavitation in liquids
FR2377540A1 (fr) * 1977-01-18 1978-08-11 Alsthom Atlantique Limiteur de debit d'un circuit hydraulique
SU653435A1 (ru) * 1977-07-25 1979-03-25 Институт Прикладной Физики Ан Молдавской Сср Способ создани эрозионноактивной кавитации
SU954655A1 (ru) * 1981-01-30 1982-08-30 Всесоюзный Заочный Политехнический Институт Отвод
US4567915A (en) * 1984-02-10 1986-02-04 Valtek Incorporated Anti-cavitation low-noise control valve cage trim for high pressure reducing service in liquid or gaseous flow
SU1315007A1 (ru) * 1985-07-29 1987-06-07 Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции Кавитационный реактор
US5004484A (en) * 1988-08-31 1991-04-02 Barrett, Haentjens & Co. Air stripping of liquids using high intensity turbulent mixer
SU1657844A1 (ru) * 1988-12-19 1991-06-23 Куйбышевский политехнический институт им.В.В.Куйбышева Устройство дл перекачки высоков зких жидкостей
SU1717871A1 (ru) * 1989-11-30 1992-03-07 Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения МГТУ им.Н.Э.Баумана Устройство дл создани ускоренного движени жидкости в трубопроводах
RU2007660C1 (ru) * 1991-11-25 1994-02-15 ТОО "Нумес -М" Трубопровод

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2562488C2 (ru) * 2010-12-08 2015-09-10 Коммиссариат А Л'Энержи Атомик Э О Энержи Альтернатив Способ и устройство генерирования капель с модулируемым гранулометрическим спектром
RU2668376C2 (ru) * 2013-03-13 2018-09-28 Общество с ограниченной ответственностью "Миллисекундные технологии" (ООО "МСТ") Реактор для стерилизации
RU214953U1 (ru) * 2022-05-27 2022-11-22 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" Активатор жидких сред

Also Published As

Publication number Publication date
EP1203888A4 (de) 2003-01-22
EP1203888A1 (de) 2002-05-08
AU3715297A (en) 1998-10-20
UA25852C2 (uk) 1999-02-26
WO1998042987A1 (fr) 1998-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6935770B2 (en) Cavitation mixer
US8042989B2 (en) Multi-stage cavitation device
US7762715B2 (en) Cavitation generator
US6857774B2 (en) Devices for cavitational mixing and pumping and methods of using same
US20160346758A1 (en) Systems and methods for processing fluids
US20110277379A1 (en) Method and apparatus for cavitating a mixture of a fuel and an additive
GB2514202A (en) Micro-nanobubble generation systems
Horst et al. Design, modeling and performance of a novel sonochemical reactor for heterogeneous reactions
JP2006289183A (ja) ナノバブル生成方法とその装置
RU2139454C1 (ru) Устройство для воздействия на поток текучей среды
US9932246B2 (en) Pulse cavitation processor and method of using same
EP2016996A1 (en) High-performance method and device for generating drops and bubbles
US5783118A (en) Method for generating microbubbles of gas in a body of liquid
US20170028375A1 (en) Device for conducting sonochemical reactions and processing liquids
RU2207449C2 (ru) Устройство для воздействия на поток текучей среды
US9752082B2 (en) Treatment process and apparatus for reducing high viscosity in petroleum products, derivatives, and hydrocarbon emulsions, and the like
US10864495B1 (en) Cavitation apparatus, configured to perform multiple simultaneous cavitations
US20030199595A1 (en) Device and method of creating hydrodynamic cavitation in fluids
JP2006326565A (ja) 微細な泡を含む流動体生成装置
RU2265478C1 (ru) Универсальный гидродинамический гомогенизирующий диспергатор
RU2084681C1 (ru) Генератор кавитации-3
RU9572U1 (ru) Устройство для термообработки жидких сред
RU2229947C1 (ru) Способ глубокой обработки жидких и газообразных сред и генератор резонансных колебаний для его осуществления
JP2023102481A (ja) 気泡発生器
MXPA99007723A (es) Limpieza con dióxido de carbono liquido utilizando silbatos sonicos con angulo de chorro a baja temperatura

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20040509

NF4A Reinstatement of patent
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070509