Заявляемое техническое решение относится к устройствам генерации тепла и холода.The claimed technical solution relates to devices for generating heat and cold.
Известна вихревая труба содержащая завихритель и диффузор, соединенные вихревой трубкой, и патрубки холодного и горячего потоков. [1]Known vortex tube containing a swirl and diffuser connected by a vortex tube, and pipes of cold and hot flows. [one]
Однако, патрубок холодного потока размещен по оси вихревой трубы, а кольцевой патрубок горячего потока размещен между диффузором и вихревой трубкой, что не всегда технологически и конструктивно приемлемо.However, the cold flow pipe is placed along the axis of the vortex tube, and the annular hot flow pipe is placed between the diffuser and the vortex tube, which is not always technologically and structurally acceptable.
Вихревая труба схематически изображена на фиг. 1The vortex tube is shown schematically in FIG. one
Технический результат заявляемого решения состоит в том, что отверстия и центральные тела завихрителя и диффузора размещены по оси вихревой трубы, причем завихритель соединен с центральным телом радиальными лопатками, имеющими минимальный угол закрутки около центрального тела и максимальный около завихрителя, причем отверстие холодного потока выполнено кольцевым и размещено между завихрителем и вихревой трубкой.The technical result of the proposed solution is that the holes and central bodies of the swirl and diffuser are placed along the axis of the vortex tube, and the swirl is connected to the central body by radial blades having a minimum twist angle near the central body and the maximum near the swirl, and the cold flow hole is circular and placed between the swirl and the vortex tube.
Вихревая труба содержит завихритель 1, соединенный с подводящим патрубком 2, по оси отверстия которого размещено центральное тело 3, соединенное с завихрителем радиальными лопатками 4, соединенный кольцевым отверстием с патрубком 5 и с вихревой трубкой 6, соединенной с диффузором 7, соединенным с патрубком 8, по оси которого размещено центральное тело 9.The vortex tube contains a swirler 1 connected to the inlet pipe 2, along the axis of the hole of which a central body 3 is placed, connected to the swirl by radial blades 4, connected by an annular hole to the pipe 5 and with a vortex tube 6 connected to the diffuser 7 connected to the pipe 8, on the axis of which the central body 9 is placed.
При работе, сжатое рабочее тело (фиг. 1) по подводящему каналу 2 поступает в завихритель 1, радиальные лопатки 4 которого формируют вихревое течение. При этом, в вихревом тангенциальном течении происходит перераспредиление параметров течения: увеличение скорости и параметров торможения течения в околоосевой зоне и снижение на стенке вихревой трубки 6. По оси вихревой трубки, между центральными телами 3 и 9, формируется осевая зона отрывного течения, вращающаяся по закону твердого тела. От завихрителя 1 вдоль вихревой трубки к диффузору 7 движется вихревой поток, линии тока которого являются спиралями. Угол истечения из завихрителя увеличивается по высоте лопатки, что обеспечивает, при снижении тангенциальной составляющей скорости, постоянство осевой составляющей скорости. По достижении диффузора 7, поток разделяется на свободный и вынужденный потоки, причем свободным является поток текущий около оси и имеющий большие параметры торможения и скорости, чем вынужденный, текущий выше по радиусу. Свободный поток истекает в виде горячего потока из осевого отверстия диффузора. Вынужденный поток на диффузоре поворачивает к вихревой трубке 6, разворачивается в сторону завихрителя и течет вдоль вихревой трубки, образует холодный поток и истекает через кольцевое отверстие в завихрителе. Противоположное направление осевых составляющих скорости холодного и вынужденного потоков, при одинаковых направлениях тангенциальной составляющей скорости, приводит к образованию спирального вихревого шнура, расположенного между холодным и вынужденным потоками. Холодный поток, при течении вдоль стенки вихревой трубки, раскручивает спиральный вихревой шнур, который раскручивает вынужденный и свободный потоки, что приводит к росту температуры и давления торможения при движении свободного и вынужденного потоков вдоль вихревой трубки. Холодный поток, при течении от диффузора к завихрителю, совершает работу сжатия и течет с трением, что приводит к снижению температуры и давления торможения и росту скорости, что приводит к возрастанию раскрутки спирального вихревого шнура и раскрутке свободного и вынужденного потоков. Возрастание температуры и давления торможения при движении вдоль вихревой трубки приводит к росту поперечного сечения свободного и вынужденного потоков, что требует увеличения поперечного сечения вихревой трубки от завихрителя к диффузору, выполнения вихревой трубки конической. Если увеличение поперечного сечения недостаточно, происходит истечение вынужденного потока в холодный до достижения диффузора, что снижает разделение по температуре и давлению торможения в вихревой трубке.During operation, the compressed working fluid (Fig. 1) through the inlet channel 2 enters the swirl 1, the radial blades 4 of which form a vortex flow. At the same time, in the vortex tangential flow there is a redistribution of the flow parameters: an increase in the velocity and drag parameters in the near-axis zone and a decrease on the wall of the vortex tube 6. On the axis of the vortex tube, between the central bodies 3 and 9, an axial zone of the separated flow is formed, rotating according to the law solid body. From the swirl 1 along the vortex tube to the diffuser 7 the vortex flow moves, the streamlines of which are spirals. The angle of outflow from the swirl increases along the height of the blade, which ensures, with a decrease in the tangential component of the velocity, the constancy of the axial component of the velocity. Upon reaching the diffuser 7, the flow is divided into free and forced flows, and the flow is free flowing near the axis and having greater braking and speed parameters than forced flow flowing higher in radius. Free flow expires as a hot stream from the axial bore of the diffuser. The forced flow on the diffuser turns toward the vortex tube 6, turns towards the swirl tube and flows along the vortex tube, forms a cold flow and expires through the annular hole in the swirl tube. The opposite direction of the axial velocity components of the cold and forced flows, with the same directions of the tangential velocity component, leads to the formation of a spiral vortex cord located between the cold and forced flows. The cold stream, while flowing along the wall of the vortex tube, spins a spiral vortex cord that spins the forced and free flows, which leads to an increase in temperature and braking pressure during the movement of free and forced flows along the vortex tube. The cold stream, when flowing from the diffuser to the swirl, performs compression work and flows with friction, which leads to a decrease in temperature and braking pressure and an increase in speed, which leads to an increase in the spiral vortex cord spinup and the free and forced flows. An increase in the temperature and braking pressure during movement along the vortex tube leads to an increase in the cross section of the free and forced flows, which requires an increase in the cross section of the vortex tube from the swirl to the diffuser, and the vortex tube is conical. If the increase in cross-section is not enough, the forced flow expires in cold until a diffuser is reached, which reduces the separation by temperature and braking pressure in the vortex tube.
Источник информации:The source of information:
1. В.И. Метенин: Исследование вихревых противоточных труб. Инженерно-физический журнал, т. 7, №2, 1964 г.1. V.I. Methenin: Study of vortex downflow tubes. Engineering Physics Journal, vol. 7, No. 2, 1964
