RU2287118C1 - Способ выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости и устройство для преобразования и выделения энергии в жидких средах - Google Patents
Способ выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости и устройство для преобразования и выделения энергии в жидких средах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2287118C1 RU2287118C1 RU2005131920/06A RU2005131920A RU2287118C1 RU 2287118 C1 RU2287118 C1 RU 2287118C1 RU 2005131920/06 A RU2005131920/06 A RU 2005131920/06A RU 2005131920 A RU2005131920 A RU 2005131920A RU 2287118 C1 RU2287118 C1 RU 2287118C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- vortex tube
- heat generator
- fluid
- energy
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F24V40/00—Production or use of heat resulting from internal friction of moving fluids or from friction between fluids and moving bodies
- F24V40/10—Production or use of heat resulting from internal friction of moving fluids or from friction between fluids and moving bodies the fluid passing through restriction means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B9/00—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point
- F25B9/02—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect
- F25B9/04—Compression machines, plants or systems, in which the refrigerant is air or other gas of low boiling point using Joule-Thompson effect; using vortex effect using vortex effect
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам воздействия на поток текучей среды и может быть использовано в гидродинамике, преимущественно в тепло- и массообменных аппаратах. В способе, включающем формирование первичного потока текучего рабочего тела, формирование осуществляют вне пространственной области теплогенератора, придают первичному потоку поступательное движение, накладывают на поток текучего рабочего тела внешнее возмущающее воздействие внутри пространства теплогенератора, формируют вторичные потоки текучего рабочего тела и осуществляют отвод потока текучего рабочего тела в направлении истечения, первичный поток формируют в трубопроводе, диаметр которого равен диаметру входного патрубка теплогенератора и равен от 50 до 120 мм, причем поток имеет характеристики ламинарного прямолинейного потока, придают ему вращательно-поступательное движение со скоростью, обеспеченной давлением в трубопроводе от 3 до 140 атм. В устройстве для выделения энергии, состоящем из вихревой трубы, гидродинамических преобразователей движения текучей среды, выполненных в виде конусов на концах вихревой трубы, формирователя потока, ось симметрии которого соосна продольной оси вихревой трубы и рассекателя потока, выполненного в виде пластины, поверхность которой параллельна продольной оси вихревой трубы, вихревая труба выполнена с винтообразными канавками на внутренней стенке цилиндрической части из упругой слоистой пластмассы и снабжена металлическим кожухом, охватывающим с зазором наружную поверхность вихревой трубы. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к способам воздействия на поток текучей среды и может быть использовано в гидродинамике, преимущественно в тепло- и массообменных аппаратах. Изобретение относится также к области теплотехники. Может быть использовано в теплогенераторах, обеспечивающих теплоснабжение больших систем высокого и среднего давления, а также в устройствах для нагрева жидкости, применяемых преимущественно для различных систем подогрева, например в системах отопления зданий и сооружений, а также при добыче углеводородов.
Известно изобретение "Способ получения тепла и устройство для его осуществления", Патент RU №2242684, опубл. 2004.12.20, МПК F 24 J 3/00, в котором осуществляют разгон предварительного сформированного потока жидкого теплоносителя до направленного вихревого состояния, для чего в ограниченном пространстве поверхностью рабочего органа завихрителя достигают заданной скорости потока теплоносителя. Изобретение используют для прямого преобразования механической энергии в тепловую, повышения эффективности преобразования энергии вращения в тепловую энергию, упрощения конструкции теплогенератора. Однако предложенный способ требует предварительного нагрева жидкости, что снижает эффективность и увеличивает энергозатраты на осуществление процесса. В указанном способе происходит перевод жидкости в парогазовую смесь, что также приводит к понижению эффективности преобразования энергии вращения в тепловую энергию.
Известно изобретение "Способ получения тепловой энергии и теплогенератор для его осуществления", заявка RU №2003132417, публ. 2005.05.10, МПК F 25 B 29/00, в соответствии с которым получение тепловой энергии в жидких средах осуществляют путем преобразования энергии движущейся жидкости в тепловую энергию, для чего движущийся поток жидкой среды подвергают непрерывному и интенсивному закручиванию. Однако в этом способе эффективность преобразования энергии вращения в тепловую энергию низка.
Известно изобретение "Способ повышения эффективности процесса теплообразования в кавитационном вихревом теплогенераторе", заявка RU 99110395, публ. 2001.03.20, МПК F 24 J 3/00, в соответствии с которым в вихревом теплогенераторе образуют вихревой поток. Энергию потока преобразуют в тепловую энергию. Однако используют только кавитационный поток, в котором преобразование осуществляют за счет схлопывания кавитационных каверн, образующихся в зоне кавитации рабочего канала, и одновременное преобразование кинетической энергии вращения потока, выходящего из рабочего канала, в потенциальную. При этом не используют эффект резонанса, что приводит к уменьшению эффективности преобразования энергии вращения в тепловую энергию.
Известно изобретение "Способ интенсификации рабочего процесса в вихревых кавитационных аппаратах", патент RU №2212596, публ. 2001.02.20, МПК F 24 J 3/00, в соответствии с которым обеспечивают протекание жидкости через осесимметричный канал переменного сечения и создают поперечные к основному потоку линии тока для вихрей с кавитационными кавернами. При этом используют только кавитационный поток и одновременное преобразование кинетической энергии вращения потока, выходящего из рабочего канала, в потенциальную. При этом не используют эффект резонанса, что приводит к уменьшению эффективности преобразования энергии вращения в тепловую энергию.
Наиболее близким в предложенному техническому решению является изобретение "Способ создания системы потоков", патент RU №2086812, публ. 1997.06.27, МПК F 15 D 1/00, F 15 D 1/14, в соответствии с которым формирование потока осуществляют вне пространственной области первичного потока текучей среды, поток имеет поступательное движение, первичный поток формируют с продольным поступательным движением, накладывают на текучую среду внешнее возмущающее воздействие с образованием зоны взаимодействия внутри пространственной области, формируют продукты взаимодействия в виде потока, осуществляют отвод этого потока из пространственной области в направлении истечения. Однако область применения данного изобретения - плазмотроны. Кроме того, в этом способе не применяют торможение потока и не применяют кавитацию в зоне течения вихревого потока. Кроме того, изобретение обеспечивает минимизацию зоны взаимодействия потока на ограничивающую среду, в первую очередь, на стенки проектируемых аппаратов и создает систему потоков, обеспечивающую минимальное влияние зоны взаимодействия и продуктов взаимодействия на ограничивающую среду без использования преобразующих потоки устройств, расположенных вблизи зоны взаимодействия, т.е. решает иную техническую задачу.
Известны способы выделения тепла за счет результата работы ускорения потока жидкости, преобразованной за счет торможения в рабочем теле. Однако эти системы не могут достаточно эффективно преобразовывать полную эффективную энергию жидкости в тепло. Часть энергии, которая характеризуется как удельная потенциальная энергия, а также внутренняя энергия жидкости в преобразователях не используется или используется не полностью. Внутренней энергией называют, например, тепловую энергию сжимаемой жидкости или химическую энергию (См. Фейнмановские лекции по физике. Р.Фейнман, Р.Лейтон, М.Сэндс. Издательство "Мир", 1977, с.239-248).
Техническим результатом предложенного способа является повышение эффективности преобразования полной удельной энергии (гидродинамического напора) текучего рабочего тела (ТРТ) в тепловую энергию, а также увеличение теплоотдачи в теплоноситель.
Данная техническая задача решается следующим образом. При способе выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости осуществляют формирование первичного потока текучего рабочего тела (ТРТ). При этом формирование осуществляют вне пространственной области теплогенератора. Придают первичному потоку поступательное движение, накладывают на поток текучего рабочего тела внешнее возмущающее воздействие внутри пространства теплогенератора, формируют вторичные потоки текучего рабочего тела и осуществляют отвод потока текучего рабочего тела (ТРТ) в направлении истечения. Предложенный способ отличается тем, что первичный поток формируют в трубопроводе, диаметр которого равен диаметру входного патрубка теплогенератора и равен, например, от 50 до 120 мм, а также первичный поток имеет характеристики ламинарного прямолинейного потока. Придают ему вращательно-поступательное (вихревое) движение со скоростью, обеспеченной давлением в трубопроводе от 3 до 140 атм, поступательное движение потока ТРТ обеспечивают в направлении продольной оси теплогенератора за счет трубопровода, соосно расположенного с теплогенератором, а вращательное - посредством вихревой пластины входного сопла и/или винтовым канавкам, расположенным на внутренней поверхности входного сопла, и одновременно сжимают поток до получения скорости, обеспечивающей образование кавитационного потока на выходе входного сопла. Эта скорость зависит от давления в ТРТ и плотности среды (См. Д.А.Гершгал, В.М.Фридман. "Ультразвуковая технологическая аппаратура", изд. 3-е, "Энергия", Москва, 1976, с.123-125). Так, например, для рассматриваемого случая - это скорость, обеспеченная 3 атм. Ускоряют ТРТ по винтовым поверхностям винтового канала до V1 и 
с одновременным разделением ТРТ на несколько, не менее 2-х, плоских струй, перемещающихся по винтовым канавкам вдоль продольной оси цилиндрической части винтового сопла теплогенератора, формируя вторичные кавитационные потоки, на которые накладывают ультразвуковые колебания от стенок теплогенератора до получения во вторичных кавитационных потоках стоячей волны. Преобразовывают вторичные кавитационные потоки в простой турбулентный поток, в котором 
стремится к 0, с одновременным резким торможением до скорости, равной V2 при условии соблюдения разности скоростей (V1-V2)=ΔV, обеспечивающей нагрев ТРТ до требуемой температуры, и последующим расширением до получения давления, равного давлению первичного потока. При этом текучее рабочее тело (ТРТ) на входе в трубопровод обладает вязкостью, равной или менее вязкости воды при Т=20°С, а в цилиндрической части винтового канала теплогенератора достигает состояния максимально достижимого предела текучести для данного ТРТ при условии отсутствия парообразования в ТРТ.
Предложенный способ осуществляют следующим образом.
Из буферной области, на выходе из которой, в трубопроводе, формируют первичный поток ТРТ, за счет центробежного насоса ТРТ придают поступательное движение и через трубопровод первичный поток ТРТ, имеющий характеристики ламинарного прямолинейного потока, поступает во входной патрубок теплогенератора. Трубопровод и входной патрубок теплогенератора имеют одинаковые диаметры. На входе в теплогенератор установлен гидродинамический преобразователь, который выполнен, например, как винтовое сопло с вихревой пластиной входного сопла. Вихревая пластина представляет собой в поперечном сечении изогнутую пластину, которая соответствует, например, геометрическому месту точек синусоиды. Закручивание потока, в частности, происходит за счет сужения входного сопла, а также на внутренней поверхности его могут находиться винтовые канавки, обеспечивающие закручивание поступательной струи жидкости (См. Фейнмановские лекции по физике. Р.Фейнман, Р.Лейтон, М.Сэндс. Издательство "Мир", 1977, с.239-248, формула для циркуляции струи жидкости.)
В результате прохождения ТРТ через сопло поток получает вращательно-поступательное движение. Поскольку поток под действием давления в трубопроводе направляется вдоль оси гидродинамического преобразователя, направленное ускоренное движение ему придает сопло, а вихревое движение ему обеспечивает вихревая пластина и/или винтовые канавки в сопле. Кроме того, за счет конусообразного сопла, суживающегося к цилиндрической части теплогенератора, поток дополнительно закручивают и сжимают до образования на срезе вихревой пластины гидродинамической кавитации. Разделяют поток ТРТ, например, на два кавитационных потока, которые образуют плоские струи в цилиндрической части теплогенератора. Плоские струи образованы за счет прохождения потока между стенками сопла и вихревой пластиной.
Далее потоки в виде плоских кавитационных струй ускоряют в винтовых поверхностях цилиндрической части теплогенератора. За счет пульсирующего характера кавитационных струй, на которые также дополнительно накладываются ультразвуковые колебания от объемного резонатора и резонансной пластины, формируются вторичные кавитационные потоки, в которых образованы стоячие волны. В результате существенно повышается полная удельная энергия потока или его гидродинамический напор.
Далее струи с наложенным на них внешним возмущением посредством, например, тормозной пластины, которая работает на переднем срезе одновременно и как резонансная платина, и как тормозная пластина, преобразовывают в простой турбулентный поток, в котором угловая скорость 
стремится к 0, а поступательная скорость потока уменьшается до скорости V2, тем самым высвобождая энергию потока в виде тепла. При вышеуказанном преобразовании потока существенно увеличивается эффективность перевода энергии потока в тепло в соответствии с формулой:
Eп - полная удельная энергия потока;
Евн - удельная внутренняя энергия потока;
m - масса потока;
V - линейная скорость потока;
R - радиус вращения потока.
При этом происходит наиболее полный перевод удельной потенциальной энергии потока и внутренней энергии, за счет чего существенно повышается эффективность. Это является следствием, вытекающим из формулы полной работы, произведенной над жидкостью между двумя сечениями, которая показывает возрастание энергии массы жидкости при прохождении ее от одного сечения к другому (См. Фейнмановские лекции по физике. Р.Фейнман, Р.Лейтон, М.Сэндс. Издательство "Мир", 1977, с.239-248).
P1A1V1Δt-P2A2V2Δt=ΔM(E2-E1),
где
E1 - энергия единицы массы жидкости в сечении A1;
Е2 - энергия единицы массы жидкости в сечении А2.
Или полную энергию единицы массы жидкости можно описать формулой
E=1/22+φ+U, где
1/2V2 - кинетическая энергия единицы массы жидкости;
φ - потенциальная энергия;
U - дополнительный член, представляющий внутреннюю энергию.
Из данного уравнения видно, что увеличение скорости потока (кинетической энергии) в правой части нарушает равенство, для сохранения которого необходимо уменьшить внутреннюю и потенциальную энергию. Следовательно, при торможении потока происходит не только преобразование кинетической и потенциальной энергий жидкости, но и перевод внутренней энергии, т.е. повышается эффективность процесса при предложенном комбинированном преобразовании. А, следовательно, в предложенном способе вращательно-поступательное движение потока жидкости (вихревое движение) является инициатором перевода внутренней энергии жидкости.
Далее осуществляют отвод потока текучего рабочего тела (ТРТ) в направлении истечения. При этом давление в потоке выравнивается до давления первичного потока.
Таким образом, результатом выделяемого тепла в выходном сопле является преобразование кинетической, потенциальной и внутренней энергии вращательно-поступательного движения потока жидкости за счет торможения кавитационного потока с наложенным на него резонансным возмущением. Иными словами, данное тепло вырабатывается кинетикой потока, при котором дополнительное тепло выделяется за счет кавитации и энергии стоячих волн, образованных за счет резонанса. Таким образом, в способе реализован принцип ультразвукового гидродинамического излучателя, вихревого преобразователя и кавитационный эффект. В результате реализован комбинированный способ выработки тепла, чем достигается заявленный технический результат.
Устройство для преобразования и выделения энергии в жидких средах (или теплогенератор) предназначено для осуществления способа выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости при одновременном преобразовании кинетической энергии вращающегося потока, кавитационных процессов в потоке и резонансных процессов при стоячей волне в тепло. В предложенном устройстве прямолинейный поток жидкости входным соплом устройства преобразуется в ускоренное вращательно-поступательное движение (вихревое), далее ускоряемое в винтовом канале с последующим торможением резонансной пластины.
Известно изобретение "Способ генерирования энергии и устройство для его осуществления (варианты)", заявка RU №2003107803, публ. 2004.10.20, МПК F 24 J 3/00, устройство которого состоит из корпуса с входным и выходным патрубками и диффузора. Однако входящий поток закручивают за счет тангенциальной подачи воды, что приводит к существенным потерям энергии в процессе преобразования.
Известно изобретение "Способ получения тепла и устройство для его осуществления", Патент RU №2242684, публ. 2004.12.20, МПК F 24 J 3/00, в устройство которого включены герметичная емкость завихрителя, патрубки подачи и отбора жидкого теплоносителя, звуко- и термоизолирующий кожух. Причем имеется пространство между кожухом и корпусом, а также активная зона теплоносителя и пассивная зона теплоносителя. Однако устройство слишком сложно и дорогостояще. Не достигается повышения эффективности преобразования энергии вращения в тепловую энергию.
Известно изобретение "Теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей", Патент RU №2045715, публ. 1995.10.10, МПК F 25 B 29/00, включающее корпус, ускоритель движения, тормозное устройство. Устройство предназначено для подогрева непосредственно в трубопроводе вязких жидкостей типа нефти с целью снижения вязкости жидкости, обеспечения нагрева жидкости. Однако при ускорении и торможении непосредственно самой вязкой жидкости невозможно достигнуть эффективного преобразования кинетической энергии в тепловую. Кроме того, входной поток жидкости подается тангенциально, а в рабочих режимах теплогенератора возникает высокое рабочее давление, развиваемое в корпусе, которое достигает 1000 атм, что существенно усложняет устройство и понижает его эффективность.
Наиболее близким техническим решением к предложенному устройству является изобретение "Нагреватель текучей среды", Патент RU №2255267, публ. 2005.06.27, МПК F 17 D 1/18, F 25 B 29/00, содержащий вихревую трубу, торцы которой снабжены гидродинамическими преобразователями движения текучей среды, у торца вихревой трубы относительно него установлен формирователь потока, корпус гидродинамических преобразователей движения текучей среды выполнен в виде раструбов на концах вихревой трубы, формирователь потока, ось симметрии которого соосна продольной оси вихревой трубы, и рассекатель потока, выполненный в виде пластины, поверхность которой параллельна продольной оси вихревой трубы. Предназначен для установки в трубопроводных транспортных системах. Однако входящий поток закручивают за счет тангенциальной подачи воды, что приводит к существенным потерям энергии в процессе преобразования. Кроме того, гидродинамические преобразователи выполнены очень сложными, что приводит также к потере тепловой энергии на непродуктивных участках теплогенератора. Кроме того, не использована энергия, выделяющаяся при кавитационных процессах.
В настоящее время используют для прямого преобразования энергии из вращательно-поступательного движения в тепло вихревые теплогенераторы. Для преобразования энергии турбулентной струи в энергию акустических волн используют гидродинамические излучатели, которые также используют и резонансные явления. Однако не делалось попыток создать конструкцию теплогенератора, объединяющего эти три эффекта, которые использовались бы для повышения эффективности преобразования как полной удельной энергии потока, так и удельной потенциальной энергии потока и внутренней энергии потока в особенности.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является повышение мощности теплогенератора без снижения КПД, упрощение конструкции, снижение потерь энергии при выделении тепловой энергии и снятии энергии посредством теплоносителя.
Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для преобразования и выделения энергии в жидких средах (или гидродинамический преобразователь, или теплогенератор) состоит из вихревой трубы (1), гидродинамических преобразователей движения текучей среды (ТРТ), выполненных в виде конусов (2, 3) на концах вихревой трубы, формирователя потока (4), ось симметрии которого соосна продольной оси вихревой трубы (1), рассекателя потока (5), выполненного в виде пластины, поверхность которой параллельна продольной оси вихревой трубы.
Предложенное устройство отличается тем, что вихревая труба, служащая одновременно и объемным резонатором, выполнена с винтообразными канавками (6) на внутренней стенке цилиндрической части, из упругой слоистой пластмассы и, например, винтовые канавки выполнены внутри пластмассовой винтовой вставки. Вихревая труба снабжена металлическим кожухом (7), охватывающим с зазором "а" наружную поверхность вихревой трубы (1), длина цилиндрической части "L" вихревой трубы относится к диаметру ее цилиндрической части "d" как 1 к 3 (или длина цилиндрической части вихревой трубы кратна ее диаметру), что обеспечивает формирование вихревого потока ТРТ в вихревой трубе при обеспечении кавитационного режима течения вихревого потока и его резонансного усиления. Гидродинамический преобразователь на входе вихревой трубы выполнен в виде винтового сопла конусной формы (2), наружная часть которого соединена заподлицо с вихревой трубой (1). Конус выполнен, например, также из слоистой пластмассы, внутри него размещен формирователь потока (8), который выполнен в виде пластины, имеющей винтообразную поверхность, и размещен во входном конусе гидродинамического преобразователя перед активной зоной теплогенератора, а гидродинамический преобразователь на выходе (3) вихревой трубы выполнен в виде рассекателя потока (5), который одновременно работает как резонансная пластина и как тормозное устройство, размещенное заподлицо с цилиндрической частью вихревой трубы перед выходным конусом (3) гидродинамического преобразователя, который размещен в свою очередь перед пассивной зоной теплогенератора и соосно соединен с трубопроводом (9).
Предложенное техническое решение иллюстрируют чертежи, на которых изображено:
На Фиг.1 изображен продольный разрез устройства для преобразования и выделения энергии в жидких средах;
На Фиг.2 изображено поперечное сечение входного сопла с формирователем потока;
На Фиг.3 изображено поперечное сечение выходного сопла с рассекателем потока
Предложенный теплогенератор устроен следующим образом. Трубопровод (9) жестко соединен с кожухом (7) теплогенератора, который выполнен металлическим. Внутри кожуха (7) размещена вихревая труба (1), которая выполнена из упругой слоистой пластмассы. В вихревой трубе на входном ее конце размещен входной конус (2), который также выполнен из пласмассы. Выходной конус (3) может быть размещен как непосредственно на выходной части вихревой трубы (1), так и в кожухе (7) теплогенератора. Выходной конус может быть выполнен как из пластмассы, так и из металла. Между вихревой трубой и кожухом теплогенератора имеется регулируемый зазор "а", обеспечивающий резонансные колебания вихревой трубы в кожухе (7). При этом кожух не входит в резонансные колебания, а колеблется только вихревая труба, образовывая стоячую волну без передачи звука. Таким образом, вихревая труба работает как объемный резонатор. Внутри и входного конуса вихревой трубы, и в цилиндрической части вихревой трубы имеются канавки (6), расположенные вдоль вихревой трубы по винтовой. Эти канавки обеспечивают движение кавитационных плоских струй вдоль вихревой трубы. Внутри входного конуса (2) расположен гидродинамический преобразователь жидкости, который выполнен в виде закрученной по винтовой пластины (8). Она крепится заподлицо с частью входного конуса, соединного с цилиндрической частью вихревой трубы. С помощью преобразователя закручивают ламинарную струю ТРТ, например, воды, во входном конусе она дополнительно закручивается и ускоряется, а также за счет прохождения между стенками конуса и пластиной разделяется на 2 плоских струи, которые потом движутся по винтовой в цилиндрической части вихревой трубы. Входной гидродинамический преобразователь может быть выполнен, например, в виде двух и более пластин, образовывая несколько плоских потоков. За счет передачи на струи ТРТ колебания от объемного резонатора, а также за счет срыва струй с края пластины входного гидродинамического преобразователя внутри цилиндрической части вихревой трубы движется, например, две кавитационные плоские струи, которые разогнали и закрутили до требуемых величин. Эти потоки развивают общую удельную энергию струи за счет поступательно-вихревого движения, кавитационных процессов внутри струй и за счет накладывания на них резонансного воздействия от объемного резонатора и от плоского резонатора, которые формируют в струях стоячую волну, увеличивая накопленную удельную общую энергию потока или увеличивая гидродинамический напор. На выходе из цилиндрической части вихревой трубы, заподлицо с ее выходным торцом, установлена тормозная пластина (5), которая выполнена плоской, размещена вдоль продольной оси вихревой трубы. Она также работает как плоский резонатор, передающий резонансное воздействие на поток ТРТ.
За счет прохождения плоских кавитационных струй с образованной в них стоячей волной через тормозное устройство, которое также является выходным гидродинамическим преобразователем, струи смешиваются и разбиваются в простой турбулентный поток, который потом в выходном конусе теплогенератора затормаживается за счет расширения, выделяя максимальное количество кинетической и потенциальной энергии потока. При этом происходит наиболее эффективное выделение удельной потенциальной энергии потока. Таким образом обеспечивается технический результат данного технического решения.
Указанное устройство работает за счет совмещения эффектов от гидродинамического преобразователя, вихревого теплогенератора и теплогенератора, основанного на кавитационных процессах.
Конструктивно обеспечено наложение резонансного колебания на струи воды за счет крепления с зазором вихревой трубы в кожухе теплогенератора.
Для того чтобы в струях ТРТ образовывалась стоячая волна, требуется выполнить условие, которое описывается формулой:
Кавитационные каверны пульсируют с частотой, определяемой по формуле Смита:
F=1/πdΔ3XPo/ρ, где
P0 - давление в среде, окружающей каверну;
Х - теплоемкость газа в пузырьке;
ρ - плотность среды;
d - диаметр пузырька.
Для соблюдения условия возникновения стоячей волны требуется, чтобы длина цилиндрической части была кратной ее диаметру.
На выходе из теплогенератора простой турбулентный поток в выходном трубопроводе постепенно затормаживается и устанавливается, становясь потоком с установившимся движением, плавно меняющим свое движение, т.е ламинарным.
Механизм комбинированного эффекта с пластинчатым и вихревым преобразователями в гидродинамических преобразователях описан в Д.А.Гершгал. В.М.Фридман "Ультразвуковая технологическая аппаратура", изд. 3-е, "Энергия", Москва, 1976, с.123-125.
При использовании комбинации вышеуказанных методов появляется качественно новый эффект перевода энергии, в котором вращательно-поступательное движение потока жидкости (вихревое движение является инициатором перевода внутренней энергии из жидкости. Тем самым достигается заявленный технический результат и существенно повышается мощность теплогенератора без снижения КПД.
Claims (7)
1. Способ выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости, состоящий в том, что осуществляют формирование первичного потока текучего рабочего тела, формирование осуществляют вне пространственной области теплогенератора, придают первичному потоку поступательное движение, накладывают на поток текучего рабочего тела внешнее возмущающее воздействие внутри пространства теплогенератора, формируют вторичные потоки текучего рабочего тела и осуществляют отвод потока текучего рабочего тела в направлении истечения, отличающийся тем, что первичный поток формируют в трубопроводе, диаметр которого равен диаметру входного патрубка теплогенератора и равен от 50 до 120 мм, причем поток имеет характеристики ламинарного, прямолинейного потока, придают ему вращательно-поступательное движение со скоростью, обеспеченной давлением в трубопроводе от 3 до 140 атм, при этом поступательное движение потока текучего рабочего тела обеспечивают в направлении продольной оси теплогенератора за счет трубопровода, соосно расположенного с теплогенератором, а вращательное - посредством винтовой нарезки во входном сопле и/или вихревой пластины входного сопла, и одновременно во входном сопле сжимают поток до получения скорости, обеспечивающей образование кавитационного потока на выходе входного сопла, ускоряют текучее рабочее тело по винтовым поверхностям винтового канала до V1 и 
с одновременным разделением текучего рабочего тела на несколько, не менее 2, плоских струй, перемещающихся по винтовым канавкам вдоль продольной оси цилиндрической части винтового сопла теплогенератора, формируя вторичные кавитационные потоки, на которые накладывают ультразвуковые колебания от стенок теплогенератора до получения во вторичных кавитационных потоках стоячей волны, преобразовывают вторичные кавитационные потоки в простой турбулентный поток, в котором угловая скорость 
стремится к 0 с одновременным резким торможением до скорости, равной V2, при условии соблюдения разности скоростей (V1-V2)=ΔV, обеспечивающей нагрев текучего рабочего тела до требуемой температуры, и последующим расширением до получения давления, равного давлению первичного потока, при этом текучее рабочее тело на входе в трубопровод обладает вязкостью, равной или менее вязкости воды при Т=20°С, а в цилиндрической части винтового канала теплогенератора достигает состояния максимально достижимого для данного текучего рабочего тела предела текучести при условии отсутствия парообразования в текучем рабочем теле.
2. Устройство для выделения энергии, состоящее из вихревой трубы, гидродинамических преобразователей движения текучей среды, выполненных в виде конусов на концах вихревой трубы, формирователя потока, ось симметрии которого соосна с продольной осью вихревой трубы, и рассекателя потока, выполненного в виде пластины, поверхность которой параллельна продольной оси вихревой трубы, отличающееся тем, что вихревая труба выполнена с винтообразными канавками на внутренней стенке цилиндрической части из упругой слоистой пластмассы и снабжена металлическим кожухом, охватывающим с зазором наружную поверхность вихревой трубы, длина цилиндрической части вихревой трубы кратна ее диаметру, что обеспечивает формирование вихревого потока текучего рабочего тела в вихревой трубе при обеспечении кавитационного режима течения вихревого потока и его резонансного усиления, гидродинамический преобразователь на входе вихревой трубы выполнен в виде сопла конусной формы, наружная часть которого соединена заподлицо с вихревой трубой, внутри которого размещен формирователь потока, который размещен во входном конусе гидродинамического преобразователя перед активной зоной теплогенератора, а гидродинамический преобразователь на выходе вихревой трубы выполнен в виде рассекателя потока, размещенного заподлицо с цилиндрической частью вихревой трубы перед выходным конусом гидродинамического преобразователя, который размещен перед пассивной зоной теплогенератора и соосно соединен с трубопроводом.
3. Устройство для выделения энергии по п.2, отличающееся тем, что винтовые канавки выполнены внутри пластмассовой винтовой вставки теплогенератора.
4. Устройство для выделения энергии по п.2, отличающееся тем, что длина цилиндрической части вихревой трубы относится к диаметру ее цилиндрической части как 1 к 3.
5. Устройство для выделения энергии по п.2, отличающееся тем, что гидродинамический преобразователь выполнен из слоистой пластмассы.
6. Устройство для выделения энергии по п.2, отличающееся тем, что формирователь потока выполнен в виде плоской пластины, имеющей винтообразную поверхность.
7. Устройство для выделения энергии по п.2, отличающееся тем, формирователь потока выполнен в виде канавки, размещенной на внутренней поверхности по винтовой линии.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005131920/06A RU2287118C1 (ru) | 2005-10-05 | 2005-10-05 | Способ выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости и устройство для преобразования и выделения энергии в жидких средах |
| PCT/RU2006/000511 WO2007040423A1 (fr) | 2005-10-05 | 2006-10-02 | Procede de production d'energie par mouvements rotatifs et en va-et-vient et dispositif de transformation et d'extraction d'energie dans des milieux liquides |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005131920/06A RU2287118C1 (ru) | 2005-10-05 | 2005-10-05 | Способ выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости и устройство для преобразования и выделения энергии в жидких средах |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2287118C1 true RU2287118C1 (ru) | 2006-11-10 |
Family
ID=37500844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005131920/06A RU2287118C1 (ru) | 2005-10-05 | 2005-10-05 | Способ выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости и устройство для преобразования и выделения энергии в жидких средах |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2287118C1 (ru) |
| WO (1) | WO2007040423A1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009041854A1 (ru) * | 2007-08-02 | 2009-04-02 | Ovchenkova, Oksana Anatoliyevna | Способ тепломассоэнергообмена текучих сред и устройство для его осуществления |
| WO2010062215A1 (ru) * | 2008-11-25 | 2010-06-03 | КОРЯКИН, Михаил Васильевич | Устройство для обогрева помещений |
| WO2010138016A1 (en) * | 2009-05-27 | 2010-12-02 | Tagir Mitasimovich Serazitdinov | Cavitation structural converter |
| RU2456068C1 (ru) * | 2010-11-09 | 2012-07-20 | Ильшат Гайсеевич Мусин | Способ физико-химической обработки жидких углеводородных смесей и проточный электрохимический реактор для его реализации |
| RU188382U1 (ru) * | 2018-06-04 | 2019-04-09 | Владимир Григорьевич Гальцев | Вихревой ускоритель текучих сред |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU171253U1 (ru) * | 2016-04-22 | 2017-05-25 | Андрей Николаевич Карелин | Система гидроаэродинамической трансформации |
| CN112589694B (zh) * | 2020-12-11 | 2024-03-29 | 华东理工大学 | 一种纯水空化射流冲击强化喷嘴 |
| CN113250618B (zh) * | 2021-05-21 | 2022-08-26 | 长江大学 | 一种螺杆换向式井下增压器 |
| CN113464359B (zh) * | 2021-07-22 | 2022-12-06 | 北京朗诺科技有限公司 | 一种无扇叶风力发电系统 |
| CN113464360B (zh) * | 2021-07-22 | 2022-09-20 | 布尔津县国源天立风力发电有限责任公司 | 一种无叶片风力发电方法 |
| JP7504379B2 (ja) | 2021-07-28 | 2024-06-24 | 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 | ボルテックスチューブ、熱分離装置 |
| CN114307899B (zh) * | 2021-12-30 | 2023-05-26 | 西南石油大学 | 一种旋流脉冲空化装置 |
| CN114482967B (zh) * | 2022-01-12 | 2023-06-23 | 中国石油大学(华东) | 井下空化射流增产增注装置及其控制方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5188090A (en) * | 1991-04-08 | 1993-02-23 | Hydro Dynamics, Inc. | Apparatus for heating fluids |
| RU2045715C1 (ru) * | 1993-04-26 | 1995-10-10 | Юрий Семенович Потапов | Теплогенератор и устройство для нагрева жидкостей |
| RU2086812C1 (ru) * | 1995-07-18 | 1997-08-10 | Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья Кольского научного центра РАН | Способ создания системы потоков |
| RU2165054C1 (ru) * | 2000-06-16 | 2001-04-10 | Юрий Семенович Потапов | Способ получения тепла |
| RU2255267C2 (ru) * | 2003-06-27 | 2005-06-27 | Лисняк Станислав Афанасьевич | Нагреватель текучей среды |
| RU2242684C1 (ru) * | 2004-02-12 | 2004-12-20 | Резник Виктор Александрович | Способ получения тепла и устройство для его осуществления |
-
2005
- 2005-10-05 RU RU2005131920/06A patent/RU2287118C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2006
- 2006-10-02 WO PCT/RU2006/000511 patent/WO2007040423A1/ru active Application Filing
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009041854A1 (ru) * | 2007-08-02 | 2009-04-02 | Ovchenkova, Oksana Anatoliyevna | Способ тепломассоэнергообмена текучих сред и устройство для его осуществления |
| WO2010062215A1 (ru) * | 2008-11-25 | 2010-06-03 | КОРЯКИН, Михаил Васильевич | Устройство для обогрева помещений |
| WO2010138016A1 (en) * | 2009-05-27 | 2010-12-02 | Tagir Mitasimovich Serazitdinov | Cavitation structural converter |
| RU2456068C1 (ru) * | 2010-11-09 | 2012-07-20 | Ильшат Гайсеевич Мусин | Способ физико-химической обработки жидких углеводородных смесей и проточный электрохимический реактор для его реализации |
| RU188382U1 (ru) * | 2018-06-04 | 2019-04-09 | Владимир Григорьевич Гальцев | Вихревой ускоритель текучих сред |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2007040423A1 (fr) | 2007-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2287118C1 (ru) | Способ выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости и устройство для преобразования и выделения энергии в жидких средах | |
| Smith et al. | Vectoring and small-scale motions effected in free shear flows using synthetic jet actuators | |
| US8387956B2 (en) | Heat-generating jet injection | |
| US9932246B2 (en) | Pulse cavitation processor and method of using same | |
| CN205762769U (zh) | 油气管道水气横向轴心电磁变频脉冲波除垢装置 | |
| Karadogan et al. | Toward attenuation of self-sustained oscillations of a turbulent jet through a cavity | |
| Zhidkov et al. | Detailed consideration of the shock-wave (pulsation) concept of the Ranque–Hilsch vortex effect | |
| EP1808651A2 (en) | Cavitation thermogenerator and method for heat generation by the caviation thermogenerator | |
| CN106040677A (zh) | 油气管道水气横向轴心电磁变频脉冲波除垢装置 | |
| RU2606293C2 (ru) | Вихревой кавитатор | |
| RU2131094C1 (ru) | Кавитационный тепловой генератор | |
| EP3999713A1 (en) | A vortex device and a method for hydroacoustic treatment of a fluid | |
| RU2366869C1 (ru) | Высокоскоростной вихревой нагреватель | |
| RU217233U1 (ru) | Устройство для снижения вязкости нефти и нефтепродуктов | |
| RU2609553C2 (ru) | Устройство для нагрева жидкости | |
| RU2517986C2 (ru) | Устройство для нагрева жидкости | |
| RU2231004C1 (ru) | Роторный кавитационный насос-теплогенератор | |
| RU2503896C2 (ru) | Устройство для нагрева жидкости | |
| JPS63154522A (ja) | コアンダスパイラルフロ−生成装置 | |
| RU2091734C1 (ru) | Способ создания ультразвуковых колебаний в потоке жидкости | |
| RU2765107C1 (ru) | Способ подогрева газового потока аэродинамическим торможением струй | |
| RU188382U1 (ru) | Вихревой ускоритель текучих сред | |
| RU85838U1 (ru) | Эжектор с газоструйными ультразвуковыми генераторами | |
| RU51403U1 (ru) | Теплогенератор кавитационного типа | |
| Heffer et al. | The time-resolved flow within an unsteady ejector |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131006 |