RU2371642C1 - Method and device for vortex energy division of working fluid flow - Google Patents
Method and device for vortex energy division of working fluid flow Download PDFInfo
- Publication number
- RU2371642C1 RU2371642C1 RU2008106224/06A RU2008106224A RU2371642C1 RU 2371642 C1 RU2371642 C1 RU 2371642C1 RU 2008106224/06 A RU2008106224/06 A RU 2008106224/06A RU 2008106224 A RU2008106224 A RU 2008106224A RU 2371642 C1 RU2371642 C1 RU 2371642C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- working fluid
- channel
- inlet
- nozzle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области теплоэнергетики, транспорта и химической промышленности и может найти применение в системах теплоснабжения, теплоэнергетических установках и двигателях внутреннего сгорания, работающих на многокомпонентном однофазном, двухфазном или трехфазном топливе, устройствах смешения и разделения в химической промышленности.The present invention relates to the field of heat power engineering, transport, and the chemical industry and can find application in heat supply systems, heat power plants, and internal combustion engines operating on multicomponent single-phase, two-phase, or three-phase fuels, mixing and separation devices in the chemical industry.
Известен способ энергетического разделения сжатого газа, при котором осуществляют двухступенчатую закрутку и последующее вихревое расслоение на холодный и горячий потоки. Первую ступень закрутки осуществляют в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения потока второй ступени. Для расширения пределов регулирования разделения направление окружной составляющей скорости на первой ступени закрутки выбирают противоположным направлению осевой составляющей холодного потока (см. SU 1539477 А1, 30.01.90).A known method of energy separation of compressed gas, in which carry out two-stage swirling and subsequent vortex separation into cold and hot flows. The first spin stage is carried out in a plane perpendicular to the plane of rotation of the flow of the second stage. To expand the limits of separation control, the direction of the peripheral velocity component at the first spin stage is chosen opposite to the direction of the axial component of the cold flow (see SU 1539477 A1, 01/30/90).
Недостатками известного способа являются недостаточно высокий адиабатный КПД и недостаточное качество процессов смесеобразования в камере энергетического разделения, что значительно сужает область применения способа. Это обусловлено отсутствием генерации высокочастотных колебаний в ускоренном тангенциально вводимом потоке.The disadvantages of this method are the insufficiently high adiabatic efficiency and insufficient quality of the processes of mixture formation in the energy separation chamber, which significantly narrows the scope of the method. This is due to the lack of generation of high-frequency oscillations in an accelerated tangentially introduced flow.
Известен также способ вихревого энергоразделения потока сжатого газа, описанный в патенте RU 2227878 С1, 2004.04.27. По этому способу на входе в тангенциальный сопловой ввод в потоке газа создают объемные колебания давления с частотой 8-32 кГц, осуществляют тангенциальный сопловой ввод потока, разделяют его на приосевой и периферийный потоки, вводят дополнительный закрученный поток газа в околоосевую зону, запитывают дополнительный поток газа от автономного внешнего источника энергии, подогревают его в теплообменнике периферийным потоком, задают его пульсирующим с частотой f=0,4-4,0 кГц, эжектируют им рециркулируемую часть периферийного потока, подогревают в теплообменнике периферийным потоком и согласуют его частоту колебаний, температуру и давление с частотой колебаний, температурой и давлением сжатого газа дополнительного потока.There is also known a method of vortex energy separation of a stream of compressed gas, described in patent RU 2227878 C1, 2004.04.27. According to this method, volumetric pressure fluctuations with a frequency of 8-32 kHz are created in the gas stream at the entrance to the tangential nozzle inlet, a tangential nozzle inlet of the stream is created, it is divided into axial and peripheral flows, an additional swirling gas stream is introduced into the near-axis zone, and an additional gas stream is fed from an autonomous external energy source, heat it in a heat exchanger with a peripheral flow, set it to pulsating with a frequency f = 0.4-4.0 kHz, eject it the recirculated part of the peripheral flow, heat it dissolved in a peripheral flow heat exchanger and coordinate its oscillation frequency, temperature and pressure oscillation frequency, temperature and pressure of the flow of additional compressed gas.
Недостатками известного способа являются недостаточно высокий адиабатный КПД и недостаточно качественное разделение и смесеобразование в камере энергетического разделения, что сужает область применения способа. Это связано с отсутствием в тангенциально вводимом потоке низкочастотных колебаний давления, так как генерирование и ввод низкочастотных колебаний давления в приосевой поток осуществляют на участке, противоположном от тангенциального ввода потока высокого давления.The disadvantages of this method are not high adiabatic efficiency and insufficient quality separation and mixture formation in the energy separation chamber, which narrows the scope of the method. This is due to the absence of low-frequency pressure fluctuations in the tangentially introduced flow, since low-frequency pressure oscillations are generated and introduced into the axial flow in the area opposite to the tangential injection of the high pressure flow.
Из известных способов вихревого энергоразделения потока наиболее близким заявляемому является способ, описанный в патенте RU 2213914 С1, 2003.10.10. По этому способу на входе в тангенциальный сопловой ввод в потоке газа создают объемные колебания давления с частотой 4-20 кГц, осуществляют тангенциальный сопловой ввод потока, разделяют поток на приосевой и периферийный потоки, вводят от автономного внешнего источника дополнительный закрученный поток газа в околоосевую зону, задают дополнительный поток пульсирующим с частотой колебаний 0,2-2,0 кГц, эжектируют им рециркулируемую часть периферийного потока, подстраивают частоту объемных колебаний давления в потоке газа на входе в тангенциальный сопловой ввод с частотой колебаний дополнительного потока.Of the known methods of vortex energy separation of the stream closest to the claimed is the method described in patent RU 2213914 C1, 2003.10.10. According to this method, volumetric pressure fluctuations with a frequency of 4-20 kHz are created in the gas stream at the entrance to the tangential nozzle inlet, a tangential nozzle inlet of the stream is carried out, the stream is divided into axial and peripheral flows, an additional swirling gas flow is introduced from an autonomous external source into the near-axis zone, set the additional flow pulsating with an oscillation frequency of 0.2-2.0 kHz, eject it the recirculated part of the peripheral flow, adjust the frequency of volumetric pressure fluctuations in the gas flow at the inlet to the tangent cial nozzle administered with a frequency of additional flow fluctuations.
Недостатками известного способа также являются недостаточно высокий адиабатный КПД и недостаточно качественное разделение и смесеобразование в камере энергетического разделения, что снижает область применения способа.The disadvantages of this method are also not enough high adiabatic efficiency and insufficient quality separation and mixture formation in the energy separation chamber, which reduces the scope of the method.
Известно устройство для вихревого энергоразделения потока газа, описанное в патенте RU 2227878 С1, 2004.04.27. Оно содержит энергоразделительную камеру с многосопловым тангенциальным вводом сжатого газа, диафрагму вывода приосевого потока, диффузор вывода периферийного потока, трубу дополнительного ввода завихренного потока газа, развихритель, эжектор, блоки согласования, первый и второй теплообменники, пульсаторы входного и дополнительного потоков газа, датчики замера температуры и пульсаций потока. Первый теплообменник установлен на входе тангенциального соплового ввода, а эжектор - на оси энергоразделительной камеры со стороны диффузора, пульсатор расхода и второй теплообменник закреплены на трубе дополнительного ввода потока газа, которая заканчивается рабочим соплом эжектора, камера смешения которого выполнена в виде патрубка, установленного коаксиально перед развихрителем, а блоки согласования функционально связаны с одной стороны с датчиками замера регулируемых параметров потоков, а с другой - с исполнительными механизмами. На входе в вихревой энергоразделитель установлены многопозиционный переключатель последовательности включения в работу сопел тангенциального ввода газа и механизм изменения площади проходного сечения многосоплового тангенциального ввода газа.A device for eddy energy separation of a gas stream is described in patent RU 2227878 C1, 2004.04.27. It contains an energy separation chamber with a multi-nozzle tangential injection of compressed gas, a diaphragm for outputting an axial flow, a diffuser for outputting a peripheral flow, an additional input tube for a swirling gas flow, a swirl, an ejector, matching units, the first and second heat exchangers, pulsators of the input and additional gas flows, temperature measuring sensors and ripple flow. The first heat exchanger is installed at the inlet of the tangential nozzle inlet, and the ejector is on the axis of the energy separation chamber from the diffuser side, the flow pulsator and the second heat exchanger are mounted on the additional gas inlet pipe, which ends with the working nozzle of the ejector, the mixing chamber of which is made in the form of a pipe mounted coaxially in front of a swirl, and matching units are functionally connected on the one hand with sensors for measuring adjustable flow parameters, and on the other, with actuators and. At the entrance to the vortex energy separator, a multi-position switch for the sequence of switching the tangential gas inlet nozzles into operation and a mechanism for changing the passage area of the multi-nozzle tangential gas inlet are installed.
Известно также устройство для вихревого энергоразделения газа, содержащее энергоразделительную камеру с многосопловым тангенциальным вводом сжатого газа, диафрагму вывода приосевого потока, диффузор вывода периферийного потока, трубку дополнительного ввода закрученного потока газа, развихритель, эжектор с камерой смешения и рабочим соплом, а также блок согласования, пульсаторы основного и дополнительного потоков газа, датчики замера пульсаций давления потоков. Эжектор установлен на оси разделительной камеры со стороны диффузора, пульсатор дополнительного потока, закрепленный на входе трубки дополнительного ввода потока газа, камера смешения эжектора выполнена в виде трубы, установленной коаксиально перед развихрителем, пульсатор основного потока размещен перед многосопловым тангенциальным вводом, а блок согласования функционально связан с датчиками замера пульсаций давления и пульсаторами основного и дополнительного потоков. На входе в разделительную камеру установлены многопозиционный переключатель последовательности включения в работу сопел и механизм изменения площади проходного сечения многосоплового тангенциального ввода газа (см. патент RU 2213914 С1, 2003.10.10).There is also known a device for vortex energy separation of gas, comprising an energy separation chamber with a multi-nozzle tangential injection of compressed gas, an axial flow output diaphragm, a peripheral flow output diffuser, an additional swirl gas input inlet tube, a swirler, an ejector with a mixing chamber and a working nozzle, and a matching unit, pulsators of the main and additional gas flows, sensors for measuring pressure pulsations of flows. An ejector is mounted on the axis of the separation chamber on the diffuser side, an additional flow pulsator fixed to the inlet of the additional gas flow input tube, an ejector mixing chamber is made in the form of a pipe mounted coaxially in front of the expander, the main flow pulsator is placed in front of the multi-nozzle tangential input, and the matching unit is functionally connected with sensors for measuring pressure pulsations and pulsators of the main and additional flows. At the entrance to the separation chamber, a multi-position switch for switching nozzles on and a mechanism for changing the passage area of the multi-nozzle tangential gas inlet are installed (see patent RU 2213914 C1, 2003.10.10).
Недостатками известных устройств являются недостаточно высокий адиабатный КПД и недостаточно качественное разделение и смесеобразование в камере энергетического разделения, что снижает область применения устройств. Это связано с тем, что устройства не обеспечивают на входе тангенциального соплового ввода газа закрутку и прецессию вихря. Кроме того, использование внешнего источника энергии для формирования низкочастотных и высокочастотных колебаний давления приводит к снижению эффективного КПД устройств.The disadvantages of the known devices are not high adiabatic efficiency and insufficient quality separation and mixture formation in the energy separation chamber, which reduces the scope of the devices. This is due to the fact that the devices do not provide swirl and precession of the vortex at the entrance of the tangential nozzle gas input. In addition, the use of an external energy source for the formation of low-frequency and high-frequency pressure fluctuations leads to a decrease in the effective efficiency of the devices.
Из известных устройств вихревого энергоразделения потока наиболее близким заявляемому является устройство, описанное в SU 1539477 А1, 30.01.90. Устройство содержит камеру энергетического разделения, соединенную одним концом с корпусом, а другим - с дросселем. В противоположном от камеры энергетического разделения торце корпуса установлена диафрагма с центральным отверстием. В боковую поверхность корпуса вставлен завихритель с сопловым вводом в виде осесимметричного канала, тангенциально подсоединенного к внутренней цилиндрической поверхности корпуса. К концу соплового ввода завихрителя, удаленному от корпуса, подсоединен входной патрубок, внутренний канал которого расположен касательно к внутренней полости соплового ввода. Входной патрубок соединен с источником сжатого газа.Of the known devices vortex energy separation of the stream closest to the claimed is the device described in SU 1539477 A1, 01/30/90. The device comprises an energy separation chamber connected at one end to the housing and at the other to a choke. In the opposite end of the housing from the energy separation chamber, a diaphragm with a central hole is installed. A swirler with a nozzle inlet in the form of an axisymmetric channel tangentially connected to the inner cylindrical surface of the casing is inserted into the side surface of the casing. An inlet pipe is connected to the end of the nozzle inlet of the swirl, remote from the casing, the inner channel of which is located tangentially to the inner cavity of the nozzle inlet. The inlet pipe is connected to a source of compressed gas.
Техническая задача, которую решает предполагаемое изобретение, - расширение области применения вихревого энергоразделения путем использования его для разделения и смешения однокомпонентных или многокомпонентных однофазных, двухфазных и трехфазных потоков за счет повышения качества вихревого разделения и смешения потока рабочего тела, и повышение адиабатного и эффективного КПД.The technical problem that the proposed invention solves is the expansion of the scope of vortex energy separation by using it to separate and mix single-component or multicomponent single-phase, two-phase and three-phase flows by improving the quality of vortex separation and mixing of the working fluid stream, and increasing the adiabatic and effective efficiency.
Техническая задача решается тем, что в способе вихревого энергоразделения потока рабочего тела в потоке создают объемные колебания давления, ускоряют поток, осуществляют тангенциальный сопловой ввод потока в камеру разделения и разделяют поток на приосевой и периферийный сильно закрученные потоки. Способ отличается тем, что сначала поток ускоряют до скорости, близкой максимальной, а затем формируют в потоке отрывное течение с объемными колебаниями давления и потом осуществляют тангенциальный сопловой ввод потока, причем перед ускорением поток закручивают с формированием вихревого прецессирующего жгута. Угол между векторами осевой и полной скорости при закручивании потока выбирают в интервале от 0 до 70 градусов. В тангенциально вводимом потоке генерируют высокочастотные колебания давления в интервале от 5 до 40 кГц и низкочастотные от 0,5 до 3 кГц. В способе в качестве рабочего тела используют однокомпонентный или многокомпонентный однофазный поток жидкости или газа, или многокомпонентный двухфазный поток жидкости и газа, или многокомпонентный трехфазный поток. В способе одновременно используют несколько независимых потоков рабочего тела с последующим тангенциальным сопловым вводом каждого потока.The technical problem is solved in that in the method of vortex energy separation of the flow of the working fluid in the flow, volumetric pressure fluctuations are created, the flow is accelerated, the flow is tangentially introduced into the separation chamber and the flow is divided into axial and peripheral highly swirling flows. The method is characterized in that at first the flow is accelerated to a speed close to maximum, and then a separated flow is formed in the flow with volumetric pressure fluctuations, and then a tangential nozzle inlet of the flow is carried out, and before acceleration, the flow is twisted with the formation of a vortex precessing tourniquet. The angle between the axial and full velocity vectors when the flow is twisted is chosen in the range from 0 to 70 degrees. In a tangentially introduced stream, high-frequency pressure fluctuations in the range from 5 to 40 kHz and low-frequency from 0.5 to 3 kHz are generated. In the method, a one-component or multicomponent single-phase liquid or gas stream, or a multicomponent two-phase liquid and gas stream, or a multicomponent three-phase stream is used as a working fluid. The method simultaneously uses several independent flows of the working fluid followed by the tangential nozzle inlet of each flow.
В устройстве для вихревого энергоразделения потока рабочего тела, содержащем камеру энергетического разделения, соединенную одним концом с корпусом, а другим - с дросселем, диафрагму с центральным отверстием, расположенную в противоположном от камеры энергетического разделения торце корпуса, размещенный в корпусе завихритель с сопловым вводом в виде канала, тангенциально соединенного с внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, входной патрубок, соединенный с одной стороны с источником рабочего тела, а с другой - с сопловым вводом, входное закручивающее устройство, образованное внутренними каналами входного патрубка и тангенциального соплового ввода. Устройство отличается тем, что завихритель содержит один или несколько независимых тангенциальных сопловых вводов, каждый из которых соединен с патрубком, причем в канале каждого соплового ввода установлен турбулизатор потока, расположенный в нормальном сечении его минимальной площади, а во входном закручивающем устройстве на входе канала соплового ввода на цилиндрической втулке установлены лопатки. Лопатки входного закручивающего устройства выполнены с углом поворота от 0 до 70 градусов. Выход канала тангенциального соплового ввода выполнен плоским или осесимметричным. При плоском выходе канала тангенциального соплового ввода турбулизатор потока рабочего тела выполнен в виде одного или нескольких цилиндрических стержней диаметром от 0,2 до 1,0 мм. При осесимметричном выходе канала тангенциального соплового ввода турбулизатор потока рабочего тела выполнен в виде одного или нескольких соосных цилиндрических колец с толщиной цилиндрической стенки от 0,2 до 1,0 мм или торообразной камеры - резонатора, сообщающейся кольцевой щелью с проточной частью канала тангенциального соплового ввода. Таким образом, введенные в способ и устройство для вихревого энергоразделения новые отличительные признаки в совокупности с известными признаками позволяют решить поставленную задачу.In the device for vortex energy separation of the flow of the working fluid, containing an energy separation chamber connected at one end to the housing and the other to a throttle, a diaphragm with a central hole located at the opposite end of the housing, located in the housing end of the housing, a swirl with a nozzle inlet in the form a channel tangentially connected to the inner cylindrical surface of the housing, an inlet pipe connected on one side to the source of the working fluid, and on the other to the nozzle inlet m, the input swirling device formed by the internal channels of the inlet pipe and the tangential nozzle input. The device is characterized in that the swirler contains one or more independent tangential nozzle inlets, each of which is connected to the nozzle, moreover, a flow turbulator is installed in the channel of each nozzle inlet, located in the normal section of its minimum area, and in the input swirling device at the input of the nozzle input channel blades are mounted on the cylindrical sleeve. The blades of the input swirling device are made with an angle of rotation from 0 to 70 degrees. The output of the tangential nozzle input channel is made flat or axisymmetric. With a flat outlet of the channel of the tangential nozzle input, the turbulator of the working fluid flow is made in the form of one or more cylindrical rods with a diameter of 0.2 to 1.0 mm. With the axisymmetric exit of the tangential nozzle inlet channel, the working fluid flow turbulator is made in the form of one or several coaxial cylindrical rings with a cylindrical wall thickness of 0.2 to 1.0 mm or a toroidal cavity chamber connected by an annular gap with the flow part of the tangential nozzle inlet channel. Thus, the new distinctive features introduced into the method and device for vortex energy separation together with the known features allow us to solve the problem.
Способ вихревого энергоразделения потока рабочего тела осуществляют следующим образом. Поток однокомпонентного или многокомпонентного рабочего тела в однофазном, двухфазном или трехфазном состоянии закручивают с формированием вихревого прецессирующего жгута, при этом угол между векторами осевой и полной скорости выбирают в интервале от 0 до 70 градусов, ускоряют поток до скорости, близкой максимальной, формируют в потоке сильно закрученное отрывное течение с объемными колебаниями давления, затем осуществляют тангенциальный сопловой ввод потока в камеру энергетического разделения, в которой поток разделяют на приосевой и периферийный сильно закрученные потоки. Перемещаясь вдоль камеры закрутку, что приводит к росту давления в приосевом потоке и, как следствие, к появлению осевого градиента давления, под действием которого приосевой поток начинает перемещаться от дросселя к диафрагме, через центральное отверстие которой покидает камеру энергоразделения.The method of vortex energy separation of the flow of the working fluid is as follows. The flow of a single-component or multicomponent working fluid in a single-phase, two-phase or three-phase state is twisted with the formation of a vortex precessing tourniquet, while the angle between the axial and full velocity vectors is selected in the range from 0 to 70 degrees, the flow is accelerated to a speed close to the maximum, it is strongly formed in the flow a swirl separated flow with volumetric pressure fluctuations, then a tangential nozzle inlet of the flow into the energy separation chamber is carried out, in which the flow is divided into axial and peripheral strongly swirling flows. A swirl moves along the chamber, which leads to an increase in pressure in the axial flow and, as a consequence, to the appearance of an axial pressure gradient, under which the axial flow begins to move from the throttle to the diaphragm, through the central opening of which the energy separation chamber leaves.
Введение предварительной закрутки потока с формированием вихревого прецессирующего жгута с последующим ускорением до скорости, близкой максимальной, и формированием в потоке сильно закрученного отрывного течения с объемными колебаниями давления приводит к генерированию в тангенциально вводимом потоке низкочастотных колебаний давления, на которые наложены высокочастотные колебания давления. При тангенциальной подаче потока рабочего тела в камеру энергетического разделения в ней создаются благоприятные условия для генерации крупномасштабных вихрей, а следовательно, к увеличению их размеров и переносимой в них массы. Это приводит при сохранении градиента давления к повышению эффективности процессов энергоразделения и смешения в потоке рабочего тела и, следовательно, к увеличению адиабатного КПД, что значительно расширяет область применения способа.The introduction of preliminary swirling of the flow with the formation of a vortex precessing tourniquet with subsequent acceleration to a speed close to maximum and the formation of a strongly swirling separated flow in the flow with volumetric pressure fluctuations leads to the generation of low-frequency pressure oscillations in the tangentially introduced flow, on which high-frequency pressure oscillations are superimposed. When the flow of the working fluid is tangentially supplied to the energy separation chamber, favorable conditions are created in it for generating large-scale vortices, and, consequently, for increasing their size and mass transferred into them. This, while maintaining the pressure gradient, increases the efficiency of the processes of energy separation and mixing in the flow of the working fluid and, consequently, increases the adiabatic efficiency, which significantly expands the scope of the method.
Использование в составе рабочего тела хотя бы одного из компонентов в жидкой фазе приводит к формированию ускоренного тангенциально вводимого кавитационного потока рабочего тела с локальными высокочастотными пульсациями температуры и давления. Это способствует интенсификации процессов массообмена, а при использовании смеси жидкостей, двухфазной или трехфазной смеси, - к повышению качества смесеобразования, то есть к получению мелкодисперсных двухкомпонентных или многокомпонентных однофазных, двухфазных или трехфазных смесей.The use of at least one of the components in the liquid phase in the working fluid leads to the formation of an accelerated tangentially introduced cavitation flow of the working fluid with local high-frequency pulsations of temperature and pressure. This contributes to the intensification of mass transfer processes, and when using a mixture of liquids, a two-phase or three-phase mixture, to improve the quality of mixture formation, that is, to obtain finely divided two-component or multicomponent single-phase, two-phase or three-phase mixtures.
Использование одновременно нескольких независимых друг от друга потоков рабочего тела с последующим тангенциальным вводом каждого потока способствует повышению интенсивности вихреобразования, что приводит к росту эффективности энергоразделения и смешения в камере энергетического разделения за счет интенсификации поперечных пульсаций вторичных вихрей, определяющих перенос энергии и импульса.The use of several independent from each other flows of the working fluid with the subsequent tangential introduction of each stream contributes to an increase in the intensity of vortex formation, which leads to an increase in the efficiency of energy separation and mixing in the energy separation chamber due to the intensification of transverse pulsations of secondary vortices, which determine the transfer of energy and momentum.
Таким образом, введение в способ предварительной закрутки потока с формированием вихревого прецессирующего жгута, последующее ускорение потока до скорости, близкой максимальной, формирование в потоке сильно закрученного отрывного течения с объемными колебаниями давления и тангенциальный сопловой ввод потока в камеру энергетического разделения позволяют расширить область применения способа за счет повышения качества вихревого разделения и смешения потока рабочего тела и повысить адиабатный и эффективный КПД.Thus, the introduction into the method of preliminary swirling the flow with the formation of a vortex precessing tourniquet, the subsequent acceleration of the flow to a speed close to maximum, the formation in the flow of a strongly swirling separated flow with volumetric pressure fluctuations and the tangential nozzle inlet of the flow into the energy separation chamber allow expanding the scope of the method for by improving the quality of the vortex separation and mixing of the flow of the working fluid and to increase the adiabatic and effective efficiency.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 дан продольный разрез устройства для энергетического разделения потока рабочего тела, на фиг.2 - разрез по А-А, завихритель выполнен с одним тангенциальным сопловым вводом, с плоским выходом канала и с цилиндрическим турбулизатором; на фиг.3 - разрез по А-А, завихритель выполнен с несколькими тангенциальными сопловыми вводами, с плоским выходом каждого канала и с цилиндрическим турбулизатором; на фиг.4 - разрез по А-А, завихритель выполнен с одним тангенциальным сопловым вводом, с осесимметричным выходом канала и с кольцевым турбулизатором; на фиг.5 - разрез по А-А, завихритель выполнен с одним тангенциальным сопловым вводом, с осесимметричным выходом канала и турбулизатором в виде торообразной камеры.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section of a device for energetically separating the flow of a working fluid, Fig. 2 is a section along A-A, the swirl is made with one tangential nozzle inlet, with a flat outlet of the channel and with a cylindrical turbulator; figure 3 is a section along aa, the swirl is made with several tangential nozzle inputs, with a flat exit of each channel and with a cylindrical turbulator; figure 4 is a section along aa, the swirl is made with one tangential nozzle inlet, with an axisymmetric outlet of the channel and with an annular turbulator; figure 5 is a section along aa, the swirl is made with one tangential nozzle inlet, with an axisymmetric outlet of the channel and a turbulator in the form of a toroidal chamber.
Устройство для энергетического разделения потока рабочего тела содержит (см. фиг.1) камеру 1 энергетического разделения, соединенную одним концом с корпусом 2, а другим - с дросселем 3, диафрагму 4 с центральным отверстием 5. Диафрагма 4 расположена в противоположном от камеры 1 энергетического разделения торце корпуса 2, в котором расположен завихритель 6 с одним (см. фиг.2) или несколькими (см. фиг.3) независимыми тангенциальными сопловыми вводами 7, каждый из которых соединен с внутренней цилиндрической поверхностью 8 корпуса 2. В сопловом канале 9 ввода 7 выход 11 выполнен (см. фиг.2, 3) плоским или (см. фиг.4, 5) осесимметричным. В каждом сопловом канале 9 установлен турбулизатор 12 потока, который расположен в нормальном сечении его минимальной площади. При плоском выходе 11 тангенциального соплового канала 9 (см. фиг.2, 3) турбулизатор 12 потока выполнен в виде одного или нескольких цилиндрических стержней диаметром от 0,2 до 1,0 мм. При осесимметричном выходе 11 тангенциального соплового канала 9 турбулизатор 12 потока выполнен (см. фиг.4) в виде одного или нескольких соосных цилиндрических колец с толщиной стенки от 0,2 до 1,0 мм или (см. фиг.5) торообразной камеры - резонатора, сообщающейся кольцевой щелью 13 с проточной частью тангенциального соплового канала 9. Нижние значения диаметра цилиндрического стержня и толщины стенки цилиндрического кольца ограничены прочностными характеристиками применяемых материалов, а верхние значения - высокими энергетическими затратами для создания необходимой скорости потока перед турбулизатором для обеспечения верхней границы низкочастотных и высокочастотных колебаний давления, причем энергетические затраты существенно увеличиваются при использовании в качестве рабочего тела жидкостей. Входной патрубок 14 соединен с одной стороны с источником рабочего тела 10, а с другой - с сопловым вводом 7. Входное закручивающее устройство 15 образовано (см. фиг.2-5) внутренним каналом 16 входного патрубка 14 и тангенциальным сопловым каналом 9 ввода 7. На входе соплового канала 9 на цилиндрической втулке 17 установлены лопатки 18 с углом поворота от 0 до 70 градусов.The device for energy separation of the flow of the working fluid contains (see Fig. 1) an energy separation chamber 1 connected at one end to the housing 2 and the other to a throttle 3, a diaphragm 4 with a
Устройство работает следующим образом. Однокомпонентное или многокомпонентное рабочее тело в однофазном, двухфазном или трехфазном состоянии подается от источника рабочего тела 10 во входной патрубок 14, из которого поток рабочего тела поступает во входное закручивающее устройство 15. Пройдя между лопатками 18, поток рабочего тела отклоняется от направления, параллельного центральной оси канала 16 патрубка 14, получая закрутку, то есть осевую и окружную составляющие скорости. На входе в канал 9 тангенциального соплового ввода 7 завихрителя 6 формируется сильно закрученный поток, перемещающийся по каналу 9 в направлении выхода 11. При движении по каналу 9 закрученный поток ускоряется до скорости, близкой максимальной, обтекает турбулизатор 12. За турбулизатором 12 формируется отрывное сильно закрученное течение, в форме вихревого прецессирующего жгута или жгутов с гармоникой высокочастотных и низко частотных колебаний давления. Турбулизация закрученного потока в торообразной камере осуществляется путем генерации вращающегося торообразного прецессирующего вихря, турбулизующего сильно закрученный поток, перемещающийся по каналу 9 через кольцевую щель 13. Сформированный в канале 9 поток рабочего тела выводится через выход 11 канала 9 соплового ввода 7 в камеру 1 энергетического разделения. В камере 1 поток разделяется на приосевой и периферийный сильно закрученные потоки. Перемещаясь вдоль камеры 1 от завихрителя 6 к дросселю 3, периферийный поток постепенно теряет свою закрутку. Это приводит к росту давления у приосевых слоев рабочего тела и к появлению осевого градиента давления, под воздействием которого приосевые слои рабочего тела перемещаются от дросселя 3 к диафрагме 4 и вытекают через отверстие 5. Расположенные у периферии слои вращающегося потока теряют закрутку и покидают камеру 1 через дроссель 3. При использовании в качестве рабочего тела смеси, содержащей хотя бы один из компонентов в жидкой фазе, в канале 9 за турбулизатором 12 формируется однофазное или многофазное кавитационное течение рабочего тела. В камере 1 энергетического разделения осуществляется его разделение на приосевой и периферийный сильно закрученные кавитационные потоки.The device operates as follows. A one-component or multicomponent working fluid in a single-phase, two-phase or three-phase state is supplied from the source of the working
Выполнение завихрителя 6 потока рабочего тела с одним или несколькими независимыми тангенциальными сопловыми вводами 7, в канале 9 каждого из которых установлен турбулизатор 12 потока рабочего тела, и установка во входном закручивающем устройстве 15 лопаток 18 приводит к генерации на выходе 11 ввода 7 высокочастотных колебаний давления в интервале от 5 до 40 кГц и низкочастотных колебаний от 0,5 до 3 кГц. Указанный диапазон частот соответствует частотам колебаний давления в камере 1 энергетического разделения, что приводит к росту эффективности энергоразделения, тепломассообмена и смешения в камере энергетического разделения за счет интенсификации поперечных пульсаций вторичных вихрей, определяющих перенос энергии и импульса.The execution of the
Таким образом, использование предлагаемого устройства для вихревого энергоразделения потоков рабочего тела позволяет расширить область применения за счет повышения качества вихревого разделения и смешения потока рабочего тела и повысить адиабатный и эффективный КПД.Thus, the use of the proposed device for vortex energy separation of the flows of the working fluid allows you to expand the scope by improving the quality of the vortex separation and mixing of the flow of the working fluid and increase the adiabatic and effective efficiency.
Claims (13)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008106224/06A RU2371642C1 (en) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Method and device for vortex energy division of working fluid flow |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008106224/06A RU2371642C1 (en) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Method and device for vortex energy division of working fluid flow |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008106224A RU2008106224A (en) | 2009-08-27 |
| RU2371642C1 true RU2371642C1 (en) | 2009-10-27 |
Family
ID=41149265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008106224/06A RU2371642C1 (en) | 2008-02-21 | 2008-02-21 | Method and device for vortex energy division of working fluid flow |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2371642C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475310C2 (en) * | 2010-07-27 | 2013-02-20 | Виктор Иванович Кузнецов | Method of separating mechanical mixes by swirling flow and application of swirling separator-confuser |
| RU2531168C2 (en) * | 2011-11-03 | 2014-10-20 | Приватное Акционерное Общество "Донецксталь" - Металлургический Завод" | Separation of separate components from gas mix and device to this end |
-
2008
- 2008-02-21 RU RU2008106224/06A patent/RU2371642C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475310C2 (en) * | 2010-07-27 | 2013-02-20 | Виктор Иванович Кузнецов | Method of separating mechanical mixes by swirling flow and application of swirling separator-confuser |
| RU2531168C2 (en) * | 2011-11-03 | 2014-10-20 | Приватное Акционерное Общество "Донецксталь" - Металлургический Завод" | Separation of separate components from gas mix and device to this end |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008106224A (en) | 2009-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10928101B2 (en) | Ejector with motive flow swirl | |
| US20140116255A1 (en) | Axial gas-liquid cyclone separator | |
| RU2432211C1 (en) | Radial-flow vortex nozzle | |
| RU2371642C1 (en) | Method and device for vortex energy division of working fluid flow | |
| RU2414283C2 (en) | Whirl flow mixer | |
| SU1498545A1 (en) | Uniflow mixer | |
| RU2344356C1 (en) | Method of heat-mass-power exchange and device for this effect | |
| GB2507662A (en) | Axial gas-liquid cyclone separator | |
| RU2600998C1 (en) | Hydraulic jet mixer | |
| RU2462301C1 (en) | Device for heat-mass-power exchange | |
| EP1808651A2 (en) | Cavitation thermogenerator and method for heat generation by the caviation thermogenerator | |
| RU2809579C1 (en) | Vortex hydrodynamic mixer | |
| RU134076U1 (en) | DEVICE FOR HEAT AND MASS AND ENERGY EXCHANGE | |
| RU2398638C1 (en) | Vortex cavitation device | |
| RU2213914C1 (en) | Method for vortex energy separation of gas flow and apparatus for performing the same | |
| RU2091144C1 (en) | Vortex-type hydrodynamic emulsifier | |
| RU2613556C1 (en) | Device for oil desalting and dehydration | |
| RU2331465C1 (en) | Device for heat, mass and energy exchange | |
| RU2455056C2 (en) | Method of fluid dispersion and device to this end | |
| RU2406555C2 (en) | Molecular classifier | |
| RU2754007C1 (en) | Vortex gas-liquid mixer | |
| RU2227878C1 (en) | Method of and device for vortex energy separation of flow | |
| RU2658057C1 (en) | Heat and mass energy exchange device | |
| SU1166835A1 (en) | Method and apparatus for dispersing liqiud | |
| RU198301U1 (en) | Vortex Jet Mixer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110222 |
|
| RZ4A | Other changes in the information about an invention | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120330 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140222 |