RU2761699C1 - Centrifugal water cooler - Google Patents

Centrifugal water cooler Download PDF

Info

Publication number
RU2761699C1
RU2761699C1 RU2021105892A RU2021105892A RU2761699C1 RU 2761699 C1 RU2761699 C1 RU 2761699C1 RU 2021105892 A RU2021105892 A RU 2021105892A RU 2021105892 A RU2021105892 A RU 2021105892A RU 2761699 C1 RU2761699 C1 RU 2761699C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
air
rotating
pallet
aerodynamic
Prior art date
Application number
RU2021105892A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Васильевич Мальгин
Original Assignee
Юрий Васильевич Мальгин
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 Юрий Васильевич Мальгин filed Critical Юрий Васильевич Мальгин
Priority to RU2021105892A priority Critical patent/RU2761699C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2761699C1 publication Critical patent/RU2761699C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24FAIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F6/00Air-humidification, e.g. cooling by humidification
    • F24F6/12Air-humidification, e.g. cooling by humidification by forming water dispersions in the air
    • F24F6/16Air-humidification, e.g. cooling by humidification by forming water dispersions in the air using rotating elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28CHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA COME INTO DIRECT CONTACT WITHOUT CHEMICAL INTERACTION
    • F28C3/00Other direct-contact heat-exchange apparatus
    • F28C3/06Other direct-contact heat-exchange apparatus the heat-exchange media being a liquid and a gas or vapour

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

FIELD: heat engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of heat engineering and can be used in installations for technological cooling of water (liquids), mainly for air conditioning systems. The device can also be used as an air humidifier. The invention consists in creating a centrifugal water cooler, in which the retention of a layer of water on the inner surface of a rotating cylindrical pan and the formation of a vacuum in the near-surface (boundary) layer of air is realized. To achieve a vacuum that promotes the boiling of water at a temperature below the temperature of a wet thermometer, in the ambient air (usually about 20°C), in the air boundary layer with water, aerodynamic separators are placed, made movable with the possibility of fixing their position along the radius of the circular cylinder of the pan relative to the rotating surface of the water at a circumferential rotation speed of more than 300 m/s.
EFFECT: simplification of the design, reduction in dimensions.
9 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к установкам технологического охлаждения воды (жидкостей) преимущественно для систем кондиционирования воздуха. Можно использовать изобретение в качестве увлажнителя воздуха низкотемпературным паром.The invention relates to installations for the technological cooling of water (liquids), mainly for air conditioning systems. The invention can be used as a low temperature steam humidifier.

Известны широко применяемые устройства для испарительного охлаждения рециркуляционной (оборотной) воды: градирни, брызгальные бассейны, форсуночные камеры, открытые пруды. Такие охладители воды описаны во многих литературных источниках, например, Холодильные машины и установки. Мальгина Е.В., Мальгин Ю.В., Суедов В.П. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 592 с. Применение оборотного водоснабжения при эксплуатации теплоэнергетических установок позволяет достигать значительной экономии дорогостоящей часто дефицитной воды и уменьшать загрязнение окружающей среды стоками отработанной воды. При этом происходит увлажнение окружающего (наружного) воздуха. В перечисленных устройствах охлаждение рециркуляционной воды обеспечивается за счет ее тепло и массообмена с наружным воздухом.Known widely used devices for evaporative cooling of recirculated (circulating) water: cooling towers, spray pools, nozzle chambers, open ponds. Such water chillers are described in many literature sources, for example, Chillers and Installations. Malgina E.V., Malgin Yu.V., Suedov V.P. - M .: Food industry, 1980 .-- 592 p. The use of recycled water supply during the operation of thermal power plants allows achieving significant savings in expensive, often scarce water and reducing environmental pollution by waste water. At the same time, the surrounding (outdoor) air is humidified. In the listed devices, the cooling of recirculated water is provided due to its heat and mass exchange with the outside air.

Для интенсификации процесса частичного испарения воды (увлажнения воздуха) ее дополнительно диспергируют и с помощью вентиляторов повышают скорость воздуха над поверхностью воды.To intensify the process of partial evaporation of water (air humidification), it is additionally dispersed and, with the help of fans, the air speed above the water surface is increased.

Основными недостатками перечисленных водоохладителей являются их большие габариты, значительная инерционность и практическая применимость только в стационарных системах. Пределом охлаждения является температура мокрого термометра.The main disadvantages of the listed water coolers are their large dimensions, significant inertia and practical applicability only in stationary systems. The cooling limit is the wet bulb temperature.

Известно применение пароэжекторных холодильных машин (ПХМ) для охлаждения воды подаваемой в кондиционеры. Конструктивные особенности описаны, например, в учебнике Захарова Ю.В. Судовые установки кондиционирования воздуха и холодильные машины. - 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: Судостроение, 1994. - 504 с. Также, например, в SU 1054634, опубликованном 15.11.83.It is known to use steam jet refrigerating machines (PCM) for cooling water supplied to air conditioners. Design features are described, for example, in the textbook Zakharov Yu.V. Marine air conditioning and refrigeration units. - 3rd ed., Rev. and add. - SPb .: Shipbuilding, 1994 .-- 504 p. Also, for example, in SU 1054634, published 11/15/83.

Создаваемый вакуум в эжекторах позволяет охлаждать воду до более низких температур до (5÷7)°С, чем в перечисленных выше испарительных водоохладителях. Вода охлаждается на (10÷20)°С ниже температуры мокрого термометра. Процесс охлаждения воды обеспечивается за счет кинетической энергии водяного пара поступающего под значительным избыточным давлением из парового котла в эжектор - происходит вакуумирование испарителя и кипение воды в вакууме. ПХМ отличаются простотой конструкции (практически нет движущихся элементов), относительно низкой первоначальной стоимостью и, тем, что в качестве рабочего тела используется вода.The created vacuum in the ejectors allows water to be cooled to lower temperatures up to (5 ÷ 7) ° С than in the evaporative water coolers listed above. The water is cooled (10 ÷ 20) ° C below the wet bulb temperature. The process of water cooling is provided due to the kinetic energy of water vapor supplied under significant excess pressure from the steam boiler to the ejector - the evaporator is evacuated and water boils in vacuum. PHM are distinguished by their simplicity of design (there are practically no moving elements), relatively low initial cost and the fact that water is used as a working fluid.

Основные недостатки пароэжекторных машин заключаются в их больших габаритах и массе, низком КПД, повышенным уровнем генерируемого шума. Сложно регулировать холодопроизводительность пароэжекторной машины и стабильно поддерживать в ней глубокий вакуум (0,5÷1,5) кПа.The main disadvantages of steam jet machines are their large dimensions and weight, low efficiency, and an increased level of generated noise. It is difficult to regulate the cooling capacity of a steam jet machine and to maintain a high vacuum (0.5 ÷ 1.5) kPa in it.

Наиболее близким к заявленному техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является ’’способ изменения влагосодержания газа” (SU 1696817, дата публикации 07.12.91, F24F 6/16). При пропускании газа над поверхностью вращающегося слоя воды повышается эффективность и скорость массообмена и практически предотвращается каплеунос с поверхности воды. Для достижения желаемого результата поддон с водой выполнен в виде вращающегося, всасывающего патрубка вентилятора.The closest to the claimed technical solution in terms of the technical essence and the achieved technical result is the 'method for changing the moisture content of the gas' (SU 1696817, publication date 07.12.91, F24F 6/16). When gas is passed over the surface of a rotating layer of water, the efficiency and rate of mass transfer increases and droplet entrainment from the water surface is practically prevented. To achieve the desired result, the pan with water is made in the form of a rotating, suction fan pipe.

Описанное устройство реализующее способ изменения влагосодержания газа (влажности воздуха) принято за прототип изобретения.The described device realizing the method of changing the moisture content of the gas (air humidity) is taken as a prototype of the invention.

К недостатку предложенного в изобретении устройства можно отнести сложность центрирования и балансировки вращающегося, всасывающего патрубка-поддона, монтируемого на рабочем колесе вентилятора.The disadvantage of the device proposed in the invention can be attributed to the complexity of centering and balancing the rotating, suction pipe-pallet, mounted on the impeller of the fan.

Технической задачей изобретения является создание энергоэффективного, компактного охладителя воды, содержащего открытый вращающийся поддон со слоем воды на его стенках, выполненный преимущественно в виде кругового цилиндра (трубы, стакана), снабжённый водовыпускными отверстиями, его привод, корпус, кожух-сборник охлаждённой воды, патрубки тёплой и охлаждённой воды, отличающийся тем, что в пограничном с водой слое воздуха размещают аэродинамические разделители, выполненные подвижными с возможностью фиксации их положения по радиусу цилиндрического поддона относительно вращающейся поверхности воды при окружной скорости вращения более 300 м/с.The technical objective of the invention is to create an energy-efficient, compact water cooler containing an open rotating pan with a layer of water on its walls, made mainly in the form of a circular cylinder (pipe, glass), equipped with water outlets, its drive, housing, casing collecting chilled water, branch pipes warm and cooled water, characterized in that aerodynamic separators are placed in the air layer boundary with water, made movable with the possibility of fixing their position along the radius of the cylindrical pan relative to the rotating surface of the water at a peripheral rotation speed of more than 300 m / s.

Устройство может функционировать в непрерывном или периодическом режимах работы.The device can operate in continuous or intermittent modes of operation.

Поставленная задача решается следующим образом.The task is solved in the following way.

В поддон подают охлаждаемую воду. При вращении цилиндрического поддона вода распределяется (растекается) и стабильно удерживается на его внутренней поверхности тонким слоем. При достижении окружной скорости вращения поверхности воды, например, 310-410 м/с на границе сред возникает практически ощутимый вакуум (закон Д. Бернулли). Когда в тонком приповерхностном подслое понижается статическое давление воздуха до уровня, соответствующего парциальному давлению водяных паров возникает процесс пузырькового кипения воды вызывающий очень интенсивное охлаждение основной массы вращающегося слоя воды и увлажнение воздуха, проходящего через поддон.Chilled water is fed into the pan. When the cylindrical pan rotates, the water is distributed (spreads out) and is stably held on its inner surface by a thin layer. When the circumferential speed of rotation of the water surface, for example, 310-410 m / s, a practically perceptible vacuum appears at the boundary of the media (D. Bernoulli's law). When the static air pressure drops in a thin subsurface sublayer to a level corresponding to the partial pressure of water vapor, the process of nucleate boiling of water occurs, which causes a very intensive cooling of the bulk of the rotating layer of water and humidification of the air passing through the pan.

При меньших окружных скоростях движения поверхности воды процесс ее охлаждения будет наблюдаться гораздо менее интенсивным и с более высокими значениями предела температуры охлаждения - температуры мокрого термометра.At lower peripheral velocities of the water surface, the process of its cooling will be observed much less intense and with higher values of the cooling temperature limit - the temperature of the wet thermometer.

Для отведения охлажденной воды в стенке поддона предусмотрено отверстие (отверстия) через которое вода поступает в кожух-сборник и затем через патрубок направляется к потребителю (на технологические нужды). Испаряющееся вода увлажняет воздух находящейся в поддоне и отводится вместе с ним через торцевое отверстие поддона.To drain the chilled water, an opening (holes) is provided in the sump wall through which water enters the collecting casing and then is directed through the branch pipe to the consumer (for technological needs). Evaporating water humidifies the air in the sump and is discharged with it through the end opening of the sump.

Сущность изобретения заключается в создании охладителя воды в котором реализуется использование центробежных сил для удержания слоя воды на внутренней поверхности вращающегося цилиндрического поддона и образуется вакуум в приповерхностном (пограничном) слое воздуха. Для достижения низкотемпературного вскипания приповерхностного слоя воды при температуре ≈7°С и охлаждения основной массы вращающейся воды необходимо создать приповерхностный вакуум ≈1кПа. Реализовать столь низкотемпературное вскипание воды возможно при обеспечении расчетной скорости движения открытой поверхности воды около 400÷410 м/с (расчет приведен ниже). Такие окружные скорости зафиксированы (до 400÷500) м/с на наружной поверхности вихрей смерчей - торнадо, внутри которых образуется вакуум и наблюдается мощный всасывающий эффект. Производители (Китай) высокоскоростных лабораторных центрифуг различного назначения предлагают потребителям большое количество серийных образцов близких по габаритам ротора и частоте его вращения до 25000 об/мин. По специальным заказам предлагают сверхвысокоскоростные центрифуги с частотой вращения ротора 40÷80 тыс. об/мин, а ультрацентрифуги до 100÷160 тыс. об/мин. Лабораторные центрифуги обычно рассчитывают на многократный непрерывный многочасовой, например, 100-часовой режим эксплуатации.The essence of the invention is to create a water cooler in which the use of centrifugal forces is realized to hold a layer of water on the inner surface of a rotating cylindrical pan and a vacuum is formed in the surface (boundary) layer of air. To achieve low-temperature boiling of the near-surface layer of water at a temperature of about 7 ° C and to cool the bulk of the rotating water, it is necessary to create a near-surface vacuum of about 1 kPa. It is possible to realize such a low-temperature boiling-up of water if the design speed of movement of the open water surface is about 400 ÷ 410 m / s (the calculation is given below). Such peripheral velocities are fixed (up to 400 ÷ 500) m / s on the outer surface of tornado vortices - tornadoes, inside which a vacuum is formed and a powerful suction effect is observed. Manufacturers (China) of high-speed laboratory centrifuges for various purposes offer consumers a large number of serial samples of rotor close in size and rotation frequency up to 25000 rpm. Special orders offer ultra-high-speed centrifuges with a rotor speed of 40 ÷ 80 thousand rpm, and ultracentrifuges up to 100 ÷ 160 thousand rpm. Laboratory centrifuges are usually designed for multiple continuous hours of operation, for example 100 hours.

Предварительные упрощенные расчеты позволяют оценить возможную холодопроизводительность предлагаемого водоохлаждающего устройства.Preliminary simplified calculations make it possible to assess the possible cooling capacity of the proposed water cooling device.

Рассмотрим вариант (пример) компактного охладителя воды центробежного со следующими размерами вращающегося поддона: наружный диаметр цилиндрического поддона 0,514 м при его длине L=0,2m, толщина вращающегося слоя воды 0,005 м, толщина стенки поддона 0,002 м, внутренний диаметр цилиндрической поверхности воды d=0,5M.Consider a variant (example) of a compact centrifugal water cooler with the following dimensions of the rotating pan: the outer diameter of the cylindrical pan is 0.514 m with its length L = 0.2 m, the thickness of the rotating water layer is 0.005 m, the wall thickness of the pan is 0.002 m, the inner diameter of the cylindrical surface of the water is d = 0.5M.

Уравнение (закон) Д. Бернулли: РДИНСТПОЛН или

Figure 00000001
D. Bernoulli's equation (law): P DIN + P ST = P FULL or
Figure 00000001

В пограничном с поверхностью воды (ламинарном подслое) слое воздуха его скорость относительно воды всегда принимают равной нулю. В этом слое воздуха его динамическое давление полностью преобразуется в статическое давление - происходит безударное торможение воздушного потока:

Figure 00000002
Условия для скачкообразного динамического изменения плотности воздуха отсутствуют. (Примечание. Повышение давления воздуха в приповерхностном слое за счёт центробежных сил составляет доли процентов от барометрического “Б“ давления, поэтому в расчётах не учитывается).In the air layer bordering the water surface (laminar sublayer), its velocity relative to the water is always taken to be zero. In this layer of air, its dynamic pressure is completely converted into static pressure - there is a shockless braking of the air flow:
Figure 00000002
There are no conditions for an abrupt dynamic change in air density. (Note. The increase in air pressure in the near-surface layer due to centrifugal forces is fractions of a percent of the barometric “B” pressure, therefore it is not taken into account in the calculations).

Для инициирования режима кипения воды при температуре ~7°С необходимо создать давление воздуха (статическое) над поверхностью воды Р поли = Рст~1000 Па.To initiate the boiling mode of water at a temperature of ~ 7 ° C, it is necessary to create air pressure (static) above the water surface P poly = Pst ~ 1000 Pa.

При этих условиях плотность воздуха р рассчитывают по формуле: р = Рст M/(R-T) = 1000 0,029/(8,31-280) = 0,012 кг/м3 Under these conditions, the air density p is calculated by the formula: p = P st M / (RT) = 1000 0.029 / (8.31-280) = 0.012 kg / m 3

где: М - молярная масса, 0,029 кг/моль,where: M - molar mass, 0.029 kg / mol,

R - универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/моль К; Н м/моль-К,R is the universal gas constant, 8.31 J / mol K; N m / mol-K,

Т - температура в пограничном слое воздуха, 280 К.T - temperature in the boundary layer of air, 280 K.

Расчётная окружная скорость поверхности воды (приравненная скорости заторможенного воздуха в баротропном процессе - Р/р = Const при Т = 280 К)Estimated peripheral speed of the water surface (equated to the speed of inhibited air in a barotropic process - P / p = Const at T = 280 K)

V =VP•2/p= 7(1000•2)/0,012~400 м/сV = VP • 2 / p = 7 (1000 • 2) / 0.012 ~ 400 m / s

Необходимая частота вращения поддона с водой составит: n = V / (я-d) = 255 с1 * 15300 мин1 The required frequency of rotation of the pan with water will be: n = V / (i-d) = 255 s 1 * 15300 min 1

Рассчитаем время охлаждения воды, находящейся в поддоне, на 10°С.Let's calculate the cooling time of the water in the sump by 10 ° C.

Масса вращающейся в поддоне водыMass of water rotating in the pan

Gw = Tt (D2-d2) L- p = 3,14 (0,512-0,52) 0,2-1000 = 6,3 кг где: D - внешний диаметр вращающегося слоя воды, 0,51мG w = Tt (D 2 -d 2 ) L- p = 3.14 (0.51 2 -0.5 2 ) 0.2-1000 = 6.3 kg where: D is the outer diameter of the rotating layer of water, 0 , 51m

Количество теплоты необходимое для охлаждения воды в поддоне на 10°С Q = c-Gw’AT = 1-6,3-10 = 63 кДж где: с - теплоёмкость воды, ~1 кДж/кг-КThe amount of heat required to cool the water in the sump by 10 ° C Q = c-Gw'AT = 1-6.3-10 = 63 kJ where: c is the heat capacity of water, ~ 1 kJ / kg-K

С учётом потерь теплоты на охлаждение окружающего воздуха, контактирующего с вращающимися поверхностями водоохладителя принимаем коэффициент запаса к = 1,25. QK = Ql,25~80 кДжTaking into account the heat losses for cooling the ambient air in contact with the rotating surfaces of the water cooler, we take the safety factor k = 1.25. Q K = Ql, 25 ~ 80 kJ

Масса воды, испаряемая для её охлажденияThe mass of water evaporated to cool it

mw = QK/rw = 80/2484~0,03 кг,m w = Q K / r w = 80/2484 ~ 0.03 kg,

где: rw - теплота парообразования воды при Т=280°С, 2484 кДж/кг (При этом толщина слоя испарившейся воды составит доли мм).where: r w is the heat of vaporization of water at T = 280 ° C, 2484 kJ / kg (In this case, the thickness of the evaporated water layer will be fractions of a mm).

Количество теплоты QT, передаваемой кипящему приповерхностному слою воды от основной массы охлаждаемой воды (тепловой поток, поддерживающий режим кипения - режим охлаждения) или полная холодильная мощность Qx охладителя воды:The amount of heat Q T transferred to the boiling surface layer of water from the bulk of the cooled water (heat flow maintaining the boiling mode - cooling mode) or the total refrigerating capacity Q x of the water cooler:

Qt Qx = Sw-Якип == (я'б’ПрЦкип = 0,314'8 ~ 2,5 кВтQt - Qx = Sw-Yakip == (i'b'PrTskip = 0.314'8 ~ 2.5 kW

где: Sw=0,314 м2 - площадь открытой вращающейся поверхности водыwhere: S w = 0.314 m 2 - the area of the open rotating surface of the water

или

Figure 00000003
or
Figure 00000003

где: qКИП - удельный тепловой поток при пузырьковом кипении водыwhere: q KIP - specific heat flux at nucleate boiling of water

при ΔТ=10°С, ≈ 8 кВт/м2,when? T = 10 ° C, ≈ 8 kW / m 2,

Figure 00000004
- время испарения (кипения) - время охлаждения расчетной массы воды, находящейся в поддоне.
Figure 00000004
- evaporation (boiling) time - cooling time of the calculated mass of water in the pan.

Полезная холодопроизводительность (нетто) составит около 2 кВт (достаточна для применения в бытовом или офисном помещении площадью до 20 м2).The useful cooling capacity (net) will be about 2 kW (sufficient for use in a domestic or office space up to 20 m 2 ).

Количество водяного пара испаряющегося с поверхностности воды - поступающего в воздушный объем поддона - затем выводимый из него (максимальная расчетная производительность устройства-увлажнителя):The amount of water vapor evaporating from the surface of the water - entering the air volume of the sump - then removed from it (maximum design capacity of the humidifier device):

Gw=mw/τ=0,03/32≈0,0009 кг/с (3,2 кг /ч); с учетом потерь

Figure 00000005
≈2,5÷3,0 кг/чG w = m w / τ = 0.03 / 32≈0.0009 kg / s (3.2 kg / h); taking into account losses
Figure 00000005
≈2.5 ÷ 3.0 kg / h

Техническим результатом изобретения является создание охладителя воды центробежного преимущественно для установок кондиционирования воздуха использующих системы рециркуляции воды в стационарных и транспортных объектах. Можно сказать, что предложена конструкция малогабаритной центробежной вакуумной градирни.The technical result of the invention is the creation of a centrifugal water cooler mainly for air conditioning installations using water recirculation systems in stationary and transport facilities. We can say that the proposed design of a small-sized centrifugal vacuum cooling tower.

С целью более подробного изложения сущности процесса охлаждения воды в рассматриваемом центробежном устройстве рассмотрим его физическую модель на примере прототипа и с учетом конструктивных предложений по его совершенствованию.For the purpose of a more detailed presentation of the essence of the process of cooling water in the considered centrifugal device, let us consider its physical model using the example of a prototype and taking into account constructive proposals for its improvement.

1. Физическая модель, отражающая функционирование устройства-прототипа и реализующая способ паронасыщения газа по SU 1696817, F24F 6/16, в котором слой воды, контактирующий с воздухом, вращается в открытом цилиндрическом поддоне, образуя цилиндрическую тепло-массообменную поверхность.1. A physical model that reflects the functioning of the prototype device and implements the method of gas vapor saturation according to SU 1696817, F24F 6/16, in which a layer of water in contact with air rotates in an open cylindrical pan, forming a cylindrical heat-mass transfer surface.

Причем чем выше окружная скорость открытой поверхности воды, тем более интенсивный тепло-массообмен и ниже температура ее испарительного охлаждения (максимально интенсивный процесс охлаждения будет осуществляться при понижении статического давления воздуха над открытой поверхностью воды до уровня возникновения процесса ее закипания при заведомо более низкой температуре).Moreover, the higher the peripheral velocity of the open water surface, the more intense heat and mass transfer and the lower the temperature of its evaporative cooling (the most intense cooling process will be carried out when the static air pressure above the open water surface drops to the level of its boiling process at a deliberately lower temperature).

Примечание. При исследовании физических процессов, происходящих во вращающихся устройствах обычно для их описания, используют полярную систему координат.Note. When studying physical processes occurring in rotating devices, a polar coordinate system is usually used to describe them.

Однако при рассмотрении установившегося процесса физического взаимодействия контактирующих сред часто более рациональным решением является применение упрощенной линейной - одномерной модели (описываемой в декартовой системе координат). Для этого достаточно перенести воображаемую начальную точку отсчета - начало координат на открытую поверхность вращающегося цилиндрического слоя воды.However, when considering the established process of physical interaction of contacting media, it is often a more rational solution to use a simplified linear - one-dimensional model (described in a Cartesian coordinate system). To do this, it is enough to transfer an imaginary starting point of reference - the origin of coordinates to the open surface of a rotating cylindrical layer of water.

1.1. Для расчета давления воздуха в пограничном ламинарном подслое воздуха над поверхностью воды вновь воспользуемся известным уравнением Д. Бернулли1.1. To calculate the air pressure in the boundary laminar sublayer of air above the water surface, we again use the well-known equation of D. Bernoulli

ДИНСТ≈РПОЛН=Б).(R DIN + R STR FULL = B).

Обычно в аэромеханике применимость этого уравнения безоговорочно допускают при скоростях воздушного потока, обтекающего профили, например, летательных аппаратов, не превышающих 100 м/с (<0,3М - скорости звука), т.к. при указанных скоростях сжатие воздуха минимально и его не учитывают в практических расчетах.Usually, in aeromechanics, the applicability of this equation is unconditionally admitted at the speeds of the air flow around the airfoils, for example, aircraft, not exceeding 100 m / s (<0.3M - the speed of sound), since at the indicated speeds, air compression is minimal and is not taken into account in practical calculations.

Первоначально рассмотрим физическую модель в которой отсутствуют поверхности физических тел, обтекаемые высокоскоростным воздушным потоком - отсутствует (исключается) возможность ударного сжатия воздуха, скачкообразного повышения его плотности. Отсутствует эффект возникновения ударных волн - скачков уплотнения, нарушающих структуру установившегося воздушного потока [Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Изд. 5-е, перераб., Глав. ред. физ-мат. лит-ры изд. "Наука", М., 1978, 735 с].Initially, we will consider a physical model in which there are no surfaces of physical bodies, streamlined by a high-speed air flow - there is no (excluded) the possibility of shock compression of air, an abrupt increase in its density. There is no effect of the occurrence of shock waves - shock waves that violate the structure of the steady air flow [Loitsyansky L.G. Mechanics of liquid and gas. Ed. 5th, revised, Chap. ed. phys-mat. lit-ry ed. "Science", M., 1978, 735 p.].

1.2. Рассмотрим расчетные параметры воздушного потока (слоя воздуха), полуограниченного вращающейся поверхностью воды, см. табл. 1.1.2. Consider the calculated parameters of the air flow (air layer), semi-bounded by the rotating water surface, see table. one.

Параметры воздушного потока, ограниченного вращающейся поверхностью воды при переменной частоте вращения поддона (округленные значения).Airflow parameters confined to a rotating water surface at variable sump speed (rounded values).

Figure 00000006
Figure 00000006

В расчетах принимаем барометрическое давление воздуха Б=101300 Па, плотность воздуха в баротропном процессе ρ=1,2 кг/м3.In the calculations, we take the barometric air pressure B = 101300 Pa, the air density in the barotropic process ρ = 1.2 kg / m 3 .

Анализируя результаты расчетов, представленные в табл. 1 можно выделить три диапазона скоростей приповерхностного воздушного потока:Analyzing the calculation results presented in table. 1, three ranges of near-surface air flow velocities can be distinguished:

- 0÷100 м/с статическое давление в потоке воздуха практически равно барометрическому, РСТ≈100000 Па; температура кипения воды ≈ 100°С;- 0 ÷ 100 m / s static pressure in the air flow is practically equal to the barometric pressure, Р СТ ≈100000 Pa; boiling point of water ≈ 100 ° С;

- 200÷300 м/с статическое давление в потоке воздуха уменьшается примерно на 25-50%; температура кипения воды понижается до 90÷80°С;- 200 ÷ 300 m / s static pressure in the air flow decreases by about 25-50%; the boiling point of water drops to 90 ÷ 80 ° С;

- 310÷410 м/с статическое давление в потоке воздуха очень быстро уменьшается (примерно на порядок) до значения РСТ ≈ 1000 Па; температура кипения воды стремительно понижается примерно с 70°С до 7°С.- 310 ÷ 410 m / s static pressure in the air flow decreases very quickly (by about an order of magnitude) to the value of Р СТ ≈ 1000 Pa; the boiling point of water drops rapidly from about 70 ° C to 7 ° C.

Указанная частота вращения поддона поддерживает расчетную скорость приповерхностного (заторможенного) подслоя воздуха при диаметре открытой цилиндрической вращающейся поверхности воды равным 0,5 метра.The specified frequency of rotation of the pallet maintains the design speed of the near-surface (inhibited) sub-layer of air with the diameter of the open cylindrical rotating surface of water equal to 0.5 meters.

Пограничный слой-подслой воздуха толщиной в несколько миллиметров (или долей миллиметров) обладает способностью прилипания к контактной поверхности (скорость на поверхности нулевая), в нем преимущественно проявляются свойства ламинарного вязкого взаимодействия замедленно перемещающихся внутри более тонких квазимолекулярных слоев воздуха. Этот ламинарный подслой с противоположной стороны контактирует (граничит) также с тонким, называемым турбулентным подслоем воздуха, в котором лишь частично проявляются вязкостные и в большей степени хаотичные пульсирующие вихревые турбулентные свойства движущегося воздушного потока.The boundary layer-sublayer of air with a thickness of several millimeters (or fractions of a millimeter) has the ability to adhere to the contact surface (the velocity at the surface is zero); it predominantly exhibits the properties of laminar viscous interaction moving slowly inside thinner quasi-molecular layers of air. This laminar sublayer on the opposite side also contacts (borders) with a thin, called turbulent sublayer of air, in which the viscous and more chaotic pulsating vortex turbulent properties of the moving air stream are only partially manifested.

Если окружная скорость открытой поверхности вращающегося цилиндрического слоя воды по представленному расчету составляет 400 м/с, то на внутренней поверхности образовавшегося пограничного (заторможенного) слоя воздуха расчетная скорость составляет 99% (396 м/с) скорости (при условно гладкой - зеркальной) поверхности воды [Г. Шлихтинг. Теория пограничного слоя. "Наука", М, 1974, 712 с].If the circumferential speed of the open surface of the rotating cylindrical layer of water according to the presented calculation is 400 m / s, then on the inner surface of the formed boundary (inhibited) air layer, the calculated speed is 99% (396 m / s) of the speed (with a conventionally smooth - mirror) water surface [G. Schlichting. Boundary layer theory. "Science", M, 1974, 712 s].

При этом в условно неподвижном относительно поверхности воды ламинарном подслое пониженное статическое давление воздуха будет определяться (рассчитываться) полным преобразованием пограничного межслойного динамического давления движущегося воздуха (полным его безударным торможением со скорости 400 м/с) в его статическое давление.In this case, in a laminar sublayer conventionally stationary relative to the water surface, the reduced static air pressure will be determined (calculated) by the complete transformation of the boundary interlayer dynamic pressure of the moving air (its complete shockless deceleration at a speed of 400 m / s) into its static pressure.

В рассматриваемой модели в контактных приграничных молекулярных слоях воздуха, двигающихся с наибольшим относительным проскальзыванием, возможен незначительный безударный нагрев трущихся молекул, дополнительное уменьшение плотности которых будет способствовать их перемещению-вытеснению в радиальном направлении к оси вращения поддона.In the model under consideration, in the contact boundary molecular layers of air moving with the greatest relative slippage, an insignificant shockless heating of rubbing molecules is possible, an additional decrease in the density of which will contribute to their displacement-displacement in the radial direction to the axis of rotation of the pan.

Следует заметить, что реальное быстровращающееся устройство (поддон с водой) всегда обладает его остаточным (допустимым) дисбалансом, влияющим на степень вибрации стенок поддона и как следствие на образование микронеровностей (микроволн) на открытой поверхности вращающегося слоя воды. Любые микронеровности на вращающейся поверхности создают на ней условную динамическую шероховатость, которая способствует повышенному трению между водой и воздухом, генерированию возмущений в виде дополнительной турбулизации в контактных слоях обеих приповерхностных сред и уменьшению толщины (разрушению) аэродинамического ламинарного подслоя.It should be noted that a real rapidly rotating device (sump with water) always has its residual (permissible) imbalance, which affects the degree of vibration of the sump walls and, as a consequence, the formation of microroughnesses (microwaves) on the open surface of the rotating layer of water. Any microroughnesses on the rotating surface create a conditional dynamic roughness on it, which contributes to increased friction between water and air, the generation of disturbances in the form of additional turbulization in the contact layers of both near-surface media, and a decrease in the thickness (destruction) of the aerodynamic laminar sublayer.

1.3. В турбулентном пограничном подслое генерируются процессы, способствующие вакуумированию воздуха, находящегося в ламинарном подслое. На расчетной границе ламинарного и турбулентного подслоев наблюдается наибольший градиент падения величины скорости (проскальзывания слоев) воздуха.1.3. In the turbulent boundary sublayer, processes are generated that facilitate the evacuation of the air in the laminar sublayer. At the design boundary of the laminar and turbulent sublayers, the greatest gradient of the fall in the value of the velocity (slip of layers) of air is observed.

Примечание. Столь значимые скоростные изменения можно наблюдать на границе эжектирующей (всасывающей) струи, например, паро-эжектора, создающего значительный вакуум в камере смешения подключенной к испарителю холодильной машиныNote. Such significant speed changes can be observed at the boundary of an ejection (suction) jet, for example, a steam ejector, which creates a significant vacuum in the mixing chamber of a refrigeration machine connected to the evaporator.

Работоспособность струйных эжектирующих устройств (эжекторов, пульверизаторов, краскопультов, карбюраторов и т.д.) основана на известном законе Д. Бернулли - это утверждается во многих источниках популярной и технической литературы [Я.И. Перельман. Занимательная физика. Центрполиграф, 2017. - 256 с].The efficiency of jet ejection devices (ejectors, spray guns, spray guns, carburetors, etc.) is based on the well-known law of D. Bernoulli - this is stated in many sources of popular and technical literature [Ya.I. Perelman. Entertaining physics. Centerpolygraph, 2017. - 256 p.].

Условную (расчетную) контактную границу между турбулентным и ламинарным подслоями воздуха с достаточной достоверностью можно отождествлять с наружной контактной границей высокоскоростной струи, образуемой в паровоздушном эжекторе.The conditional (calculated) contact boundary between the turbulent and laminar sublayers of air can be identified with sufficient reliability with the outer contact boundary of a high-speed jet formed in a steam-air ejector.

Это предопределяет возможность эжектирования и удаления молекул воздуха из приповерхностного ламинарного подслоя (условно заменяющего очень малую камеру смешения эжектора), т.е. давление воздуха в этом подслое будет понижаться, а молекулы воздуха и водяного пара будут перемещаться (отводиться, инжектироваться) в турбулентный подслой и далее в установившийся турбулентный воздушный поток.This predetermines the possibility of ejection and removal of air molecules from the near-surface laminar sublayer (conditionally replacing a very small mixing chamber of the ejector), i.e. the air pressure in this sublayer will decrease, and the air and water vapor molecules will move (withdrawn, injected) into the turbulent sublayer and further into the steady turbulent air flow.

В ламинарном подслое воздуха доля кинетической энергии - особенно приграничной (переходной) наиболее динамичной части турбулентного подслоя передается молекулам (газовым и паровым частицам) воздуха, подсасываемым и транспортируемым в турбулентный подслой.In the laminar air sublayer, the proportion of kinetic energy, especially of the near-boundary (transitional) most dynamic part of the turbulent sublayer, is transferred to air molecules (gas and vapor particles) that are sucked in and transported into the turbulent sublayer.

Заметим, что, направляясь в турбулентный подслой образованная смесь молекул направляется в зону с более высоким статическим давлением воздуха (как и в паровоздушном эжекторе) за счет резкого падения (на порядок и более) кинетической энергии - торможения смеси молекул, изначально принадлежащих к смежным пограничным подслоям.Note that, heading into a turbulent sublayer, the formed mixture of molecules is directed to a zone with a higher static air pressure (as in a steam-air ejector) due to a sharp drop (by an order of magnitude or more) in kinetic energy - deceleration of a mixture of molecules that initially belong to adjacent boundary sublayers ...

Далее статическое давление смеси уже в установившемся потоке воздуха сравнивается с атмосферным барометрическим давлением воздуха, поступающего в поддон и частицы смеси покидают внутренний объём поддона, перемещаясь вдоль поверхности вращающегося слоя воды преимущественно по винтовой траектории движения.Further, the static pressure of the mixture already in the steady air flow is compared with the atmospheric barometric pressure of the air entering the pan and the particles of the mixture leave the internal volume of the pan, moving along the surface of the rotating layer of water, mainly along a helical trajectory.

Дополнительное положительное влияние на рассматриваемый процесс оказывает возникающая при вращении цилиндрического поддона центробежная сила обеспечивающая эффект сепарирования молекул, усиливающий перемещение (выдавливание) более лёгких молекул водяного пара лавинообразно образующихся при возникновении режима кипения в приповерхностном слое воды в зону установившегося турбулентного воздушного потока. Этот же эффект вытесняет присутствующие в воде парогазовые пузырьки, влияющие на инициирование процесса кипения, к открытой её поверхности, а также способствует обессоливанию поверхностного слоя воды.An additional positive effect on the process under consideration is exerted by the centrifugal force arising during the rotation of the cylindrical pan, which provides the effect of separation of molecules, which enhances the movement (squeezing out) of lighter water vapor molecules that are avalanche-like formed when a boiling regime occurs in the near-surface layer of water into the zone of a steady turbulent air flow. The same effect displaces the vapor-gas bubbles present in the water, which affect the initiation of the boiling process, to its open surface, and also contributes to the desalination of the surface layer of water.

2. Рассмотрим физическую модель процесса охлаждения воды при размещении в пограничном с ней слое воздуха дополнительных аэродинамических разделителей приповерхностного потока, выполненных подвижными с возможностью рациональной фиксации их положения по радиусу цилиндрического поддона относительно вращающейся поверхности воды при этом конфигурация которых, например, угол установки разделителей (Н5 градусов минимизирует возможные скачки уплотнения воздуха.2. Consider a physical model of the water cooling process when additional aerodynamic separators of the near-surface flow are placed in the air boundary layer with it, made movable with the possibility of rational fixing their position along the radius of the cylindrical sump relative to the rotating water surface, while the configuration of which, for example, the angle of installation of the separators (Н5 degrees minimizes possible air compression surges.

Аэродинамические разделители потока, способствуют увеличению и стабилизации толщины (высоты) приповерхностного ламинарного подслоя - зоны с пониженным статическим давлением паровоздушной среды. Они способствуют разделению и удалению присоединившейся - паразитной части воздушного потока (его бесполезной массы) от наиболее высокоскоростного вращающегося слоя воздуха в котором формируются условия для эжектирования молекул воздуха и пара из приповерхностного ламинарного подслоя. Отделяемый поток воздуха направляют в зону установившегося турбулентного потока расположенную вне пограничного турбулентного подслоя.Aerodynamic flow dividers help to increase and stabilize the thickness (height) of the near-surface laminar sublayer - a zone with a reduced static pressure of the vapor-air medium. They contribute to the separation and removal of the attached - parasitic part of the air flow (its useless mass) from the most high-speed rotating air layer in which conditions are formed for the ejection of air and vapor molecules from the near-surface laminar sublayer. The separated air flow is directed to the zone of a steady turbulent flow located outside the boundary turbulent sublayer.

При заданной конфигурации аэродинамических разделителей потока, обеспечивающей скользящее обтекание и не значительное безударное уплотнение воздуха на их поверхности, возможен лишь некоторый нагрев и электризация-ионизация слоёв воздуха возникающие за счёт проявления сил вязкостного трения при движении воздуха по поверхности разделителей с наибольшим относительным проскальзыванием [Повх И.Л., Техническая гидромеханика. Изд-во “Машиностроение44, Л., 1969. 524с.].With a given configuration of aerodynamic flow dividers, which provides a sliding flow and a slight shockless compaction of air on their surface, only some heating and electrification-ionization of air layers is possible, arising due to the manifestation of viscous friction forces when air moves along the surface of the separators with the greatest relative slippage [Povkh And .L., Technical hydromechanics. Publishing house “Mechanical engineering 44 , L., 1969. 524s.].

Однако вязкостное нагревание воздуха вызывает дополнительное уменьшение его плотности, которая будет способствовать перемещению молекул - их удалению от поверхности воды.However, viscous heating of air causes an additional decrease in its density, which will facilitate the movement of molecules - their removal from the water surface.

В тоже время технологическое понижение статического давления воздуха на условной границе смежных подслоев понижает и уровень возможного роста температуры воздуха при их взаимном скольжении-трении.At the same time, a technological decrease in the static air pressure at the conditional boundary of adjacent sublayers also lowers the level of a possible increase in air temperature during their mutual sliding-friction.

2.1. Об особенностях аэродинамических разделителей приповерхностного потока воздуха, частично погруженных во вращающийся слой воды (Фиг. 1).2.1. On the features of aerodynamic separators of the near-surface air flow, partially submerged in a rotating layer of water (Fig. 1).

При такой конфигурации аэродинамических разделителей их минимальная высота в приповерхностном воздушном слое составляет величину сопоставимую с неровностями (динамической микроволнистостью, шероховатостью, измеряемых миллиметрами или их долями), которые обычно присутствуют на ее открытой поверхности и разрушают ламинарный пограничный подслой. Кроме этого разрушительное воздействие на пограничный воздушный ламинарный подслой оказывают паровые и газовые пузырьки, образующиеся на открытой поверхности при закипании воды.With such a configuration of aerodynamic separators, their minimum height in the near-surface air layer is comparable to irregularities (dynamic microwaves, roughness measured in millimeters or their fractions), which are usually present on its open surface and destroy the laminar boundary sublayer. In addition, steam and gas bubbles formed on an open surface during water boiling have a destructive effect on the boundary air laminar sublayer.

Аэродинамические разделители приповерхностного потока воздуха, создающие при их обтекании так называемую аэродинамическую тень - зону с дополнительно пониженным статическим давлением воздуха могут быть конструктивно представлены как в виде малочисленных относительно крупных изделий-лопастей, так и в виде большого (массового) количества образующих разделитель мелких его составляющих подобных, например, иголкам (щетинкам) наблюдаемым в известном в быту соединении "липучка" или в виде высокопористой стенки с открытыми сквозными порами и др.Aerodynamic separators of the near-surface air flow, creating a so-called aerodynamic shadow when flowing around them - a zone with an additionally reduced static air pressure can be constructively presented both in the form of a small number of relatively large products-blades, and in the form of a large (mass) number of small components forming the separator similar, for example, to needles (bristles) observed in the well-known in everyday life "Velcro" connection or in the form of a highly porous wall with open through pores, etc.

Игольчатые разделители потока или пористая стенка позволяют практически полностью изолировать (отделить) - от поверхности воды границу с высокоскоростным турбулентным потоком воздуха (Фиг. 2).Needle flow dividers or a porous wall make it possible to practically completely isolate (separate) the boundary with a high-speed turbulent air flow from the water surface (Fig. 2).

Указанные разделители потока образуют паровоздушную зону, которая перемещается (вращается) в пространстве практически без проскальзывания относительно открытой поверхности воды и в которой поддерживается пониженное статическое давление, формирующееся на границе этой зоны с максимальной относительной скоростью между хорошо (безударно) обтекаемыми аэродинамическими разделителями приповерхностного потока и турбулентным подслоем воздуха, контактирующим с ними.The specified flow dividers form a vapor-air zone that moves (rotates) in space with practically no slippage relative to the open water surface and in which a reduced static pressure is maintained, which is formed at the boundary of this zone with a maximum relative velocity between well (shock-free) streamlined aerodynamic separators of the near-surface flow and turbulent sublayer of air in contact with them.

Отделяемая менее скоростная часть турбулентного потока воздуха перемещается в осевом направлении, способствуя некоторому повышению его статического давления в зоне, удаленной от пограничного ламинарного подслоя, т.е. разделители частично выполняют функцию конфузора, который обычно используется в эжекторах (Фиг. 3).The separated less-speed part of the turbulent air flow moves in the axial direction, contributing to a certain increase in its static pressure in the zone remote from the boundary laminar sublayer, i.e. the separators partially function as a confuser, which is usually used in ejectors (Fig. 3).

Изменяя и фиксируя высоту расположения над поверхностью воды подвижных разделителей потока воздуха или толщину вращающегося в поддоне слоя воды можно осуществлять управление - влияние на условия протекания аэродинамических процессов в приповерхностном подслое. Это позволяет активно воздействовать на преобразование ламинарной структуры подслоя в переходное или турбулентное состояние паровоздушной среды на более оптимальном расстоянии от открытой поверхности воды.By changing and fixing the height of the movable air flow dividers above the water surface or the thickness of the water layer rotating in the pan, it is possible to control - influence the conditions for the flow of aerodynamic processes in the subsurface sublayer. This makes it possible to actively influence the transformation of the laminar structure of the sublayer into a transitional or turbulent state of the vapor-air medium at a more optimal distance from the open water surface.

Разделители потока воздуха частично заглублённые в слой воды и зафиксированные относительно вращающегося поддона, дополнительно предотвращают (замедляют) проскальзывание приповерхностных контактирующих с воздухом слоёв воды относительно более её глубоких слоёв. Такое исполнение элементов способствует повышению относительной скорости между контактирующими средами (вода - воздух) и, следовательно, повышению интенсивности тепло-массообменных процессов между ними, являются дополнительными фактором инициирующим (формирующим) условия возникновения и поддержания процесса низкотемпературного пузырькового кипения в приповерхностном слое воды.Air flow dividers, partially buried in the water layer and fixed relative to the rotating pan, additionally prevent (slow down) the slippage of the near-surface water layers in contact with air relative to its deeper layers. Such a design of the elements contributes to an increase in the relative velocity between the contacting media (water - air) and, therefore, to an increase in the intensity of heat and mass transfer processes between them, are an additional factor initiating (forming) the conditions for the occurrence and maintenance of the process of low-temperature nucleate boiling in the near-surface layer of water.

В вариантном исполнении разделители воздушного потока изготовляют из материала обладающего положительной плавучестью. Это гарантирует постоянство расположения (заглубления) разделителей при изменении толщины вращающегося слоя воды (Фиг. 4).In a variant version, the air flow dividers are made of a material with positive buoyancy. This guarantees the constant location (deepening) of the spacers when the thickness of the rotating water layer changes (Fig. 4).

На оси вращения цилиндрического поддона создаётся зона пониженного давления воздуха, вовлекаемого во вращательное движение при контакте с движущейся поверхностью воды. В зону с пониженным давлением воздуха будет подсасываться воздух из окружающего объёма (помещения).On the axis of rotation of the cylindrical pallet, a zone of reduced air pressure is created, which is involved in rotational motion upon contact with the moving surface of the water. Air from the surrounding volume (room) will be sucked into the zone with reduced air pressure.

Увлажнённый воздух из приповерхностного слоя будет выводится из поддона следуя по винтовой траектории движения через периферийную кольцевую часть торцевого отверстия.Humidified air from the near-surface layer will be removed from the pallet following a helical path through the peripheral annular part of the end hole.

Чтобы развести встречные потоки и упорядочить движение воздуха внутри поддона предложено устанавливать воздухораспределители-заглушки торцевых отверстий поддона, которые фиксируют к поддону или каркасу, или к корпусу охладителя воды (Фиг. 5).In order to separate the counter flows and streamline the movement of air inside the pallet, it is proposed to install air distributors-plugs for the end openings of the pallet, which are fixed to the pallet or frame, or to the body of the water cooler (Fig. 5).

2.2. Об аэродинамических разделителях приповерхностного потока воздуха, установленных над поверхностью с отсутствием контакта с водой.2.2. On aerodynamic separators of the near-surface air flow installed above the surface without contact with water.

Такая конфигурация аэродинамических разделителей потоков воздуха позволяет не только обеспечивать выполнение большинства технологических функции предлагаемого устройства изложенных в п. 2.1, но также расширяет возможности эффективного применения предлагаемого охладителя воды.Such a configuration of aerodynamic air flow dividers allows not only to ensure the fulfillment of most of the technological functions of the proposed device described in clause 2.1, but also expands the possibilities of effective use of the proposed water cooler.

Конструктивные отличия аэродинамических разделителей, не контактирующих с вращающимся слоем воды, обусловлены вариантами их фиксации относительно вращающегося поддона или корпуса. Вариант с жесткой фиксацией разделителей к поддону обеспечивает их совместное вращение с единой частотой. При фиксации разделителей потока воздуха к корпусу устройства они не участвуют во вращении поддона и остаются неподвижными; объединяя разделители с дополнительным силовым каркасом и снабжая его автономным приводом реализуют вращение разделителей (соосное с поддоном) с требуемой частотой и направлением.The design differences of aerodynamic separators that are not in contact with the rotating water layer are due to the options for their fixation relative to the rotating pan or body. The version with rigid fixation of dividers to the pallet ensures their joint rotation with a uniform frequency. When fixing the air flow dividers to the device body, they do not participate in the rotation of the pallet and remain stationary; By combining separators with an additional power frame and supplying it with an autonomous drive, the separators rotate (coaxial with the pallet) with the required frequency and direction.

Кинематически развязанная конструкция устройства обладает наибольшими возможностями по реализации поставленной задачи (Фиг. 6). Для взаимного центрирования валов обоих приводов можно рекомендовать установку, например, резиноподобного подшипника скольжения, смазываемого поступающей в поддон водой.The kinematically decoupled design of the device has the greatest capabilities to implement the task (Fig. 6). For the mutual alignment of the shafts of both drives, it is recommended to install, for example, a rubber-like plain bearing, lubricated by the water entering the sump.

Заметим, что частоты вращения поддона с водой и каркаса с аэродинамическими разделителями могут отличаться многократно. Значительно меньшая частота вращения (окружная скорость) поддона необходима для удержания устойчивого слоя воды на его внутренних стенках с образованием открытой цилиндрической поверхности воды.Note that the speed of rotation of the sump with water and the frame with aerodynamic dividers can differ many times. A significantly lower rotation frequency (peripheral speed) of the sump is necessary to maintain a stable layer of water on its inner walls with the formation of an open cylindrical surface of water.

Не исключен вариант одновременного рационального применения аэродинамических разделителей потока воздуха объединенных каркасом, которые не контактируют с водой и другие, которые частично погружены во вращающийся слой воды.The option of simultaneous rational use of aerodynamic air flow dividers united by a frame, which do not come into contact with water, and others, which are partially immersed in a rotating layer of water, is not excluded.

Предлагаемые варианты охладителя воды центробежного отличаются простотой и компактностью конструкции, минимальным уровнем энергопотребления, надежной эксплуатацией и экологической чистотой.The offered versions of a centrifugal water cooler are distinguished by their simplicity and compact design, minimal energy consumption, reliable operation and environmental friendliness.

Предлагаемое устройство позволяет охлаждать воду до температур, которые наиболее часто достигают с применением традиционных фреоновых холодильных машин (чиллеров). В предлагаемом устройстве рабочим телом является вода.The proposed device allows you to cool water to temperatures that are most often reached with the use of traditional freon refrigeration machines (chillers). In the proposed device, the working fluid is water.

Высокие скорости взаимодействия воды и воздуха, доведение воды до кипения многократно интенсифицируют процесс тепломассообмена, при этом не происходит обычный для испарительных контактных аппаратов унос капельной влаги. Допускается применение загрязненной воды - с повышенным сухим остатком.High rates of interaction between water and air, bringing water to a boil repeatedly intensify the process of heat and mass transfer, while the drift of droplet moisture, which is usual for evaporative contact devices, does not occur. It is allowed to use contaminated water - with increased dry residue.

Изобретение позволяет организовать его эффективное применение при любой ориентации устройства в пространстве.The invention makes it possible to organize its effective application for any orientation of the device in space.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется рисунками, на которых изображено:The essence of the proposed technical solution is illustrated by figures, which show:

Фиг. 1. Схематичное изображение варианта размещения и фиксации в поддоне аэродинамических разделителей, частично погруженных в слой воды (поперечное сечение).FIG. 1. Schematic representation of the variant of placement and fixation in the pan of aerodynamic separators, partially submerged in a layer of water (cross-section).

Фиг. 2. Схематическое изображение размещения зафиксированного в поддоне аэродинамического разделителя в виде пористого цилиндра со сквозными порами, частично погруженного в слой воды (условно плоское изображение части цилиндра).FIG. 2. Schematic representation of the location of the aerodynamic separator fixed in the pallet in the form of a porous cylinder with through pores, partially submerged in a layer of water (conventionally flat image of a part of the cylinder).

Фиг. 3. Схематичное изображение варианта соосного размещения внутри поддона каркаса с аэродинамическими разделителями, не контактирующими с водой (поперечное сечение).FIG. 3. Schematic representation of a variant of coaxial placement inside the frame pallet with aerodynamic dividers that are not in contact with water (cross-section).

Фиг. 4. Схематичное изображение варианта зафиксированных внутри поддона аэродинамических разделителей обладающих положительной плавучестью (условно плоское изображение части поддона и слоя воды).FIG. 4. Schematic representation of a variant of aerodynamic separators fixed inside the pallet with positive buoyancy (conventionally flat image of a part of the pallet and a layer of water).

Фиг. 5. Схематичное изображение варианта воздухораспределителя-заглушки размещенного в торцевом отверстии поддона.FIG. 5. Schematic representation of a variant of the air distributor-plug located in the end hole of the pallet.

Фиг. 6. Схематичное изображение охладителя воды центробежного с размещенными в поддоне аэродинамическими разделителями, не контактирующими с водой, объединенными с каркасом снабженным автономным приводом (вариант).FIG. 6. Schematic representation of a centrifugal water cooler with aerodynamic separators located in the pan, not in contact with water, combined with a frame equipped with an autonomous drive (option).

При этом на всех фигурах использованы следующие идентичные обозначения:In this case, the following identical designations are used in all figures:

Поз. 1 - поддон, выполненный в виде тонкостенного цилиндра.Pos. 1 - pallet made in the form of a thin-walled cylinder.

Поз. 2 - слой воды во вращающемся поддоне.Pos. 2 - a layer of water in a rotating pan.

Поз. 3 - аэродинамические разделители, частично погруженные в слой воды.Pos. 3 - aerodynamic separators, partially submerged in the water layer.

Поз. 4 - каркас с аэродинамическими разделителями, не контактирующими с водой.Pos. 4 - frame with aerodynamic dividers that are not in contact with water.

Поз. 5 - воздухораспределитель-заглушка с центральным отверстием.Pos. 5 - plug-in air distributor with a central hole.

Поз. 6 - привод каркаса (с возможным перемещением вдоль оси вращения).Pos. 6 - frame drive (with possible movement along the axis of rotation).

Поз. 7 - патрубок охлажденной воды.Pos. 7 - chilled water pipe.

Поз. 8 - отверстие водовыпускное.Pos. 8 - water outlet.

Поз. 9 - кожух-сборник охлажденной воды.Pos. 9 - chilled water collecting casing.

Поз. 10 - корпус (рама) охладителя воды центробежного.Pos. 10 - housing (frame) of a centrifugal water cooler.

Поз. 11 - патрубок теплой воды (подвижно соединен с полым валом привода).Pos. 11 - warm water pipe (movably connected to the hollow shaft of the drive).

Поз. 12 - привод поддона.Pos. 12 - pallet drive.

Поз. 13 - подшипник (центрирующий валы приводов поддона и каркаса).Pos. 13 - bearing (centering shafts of pallet and frame drives).

Поз. 14 - аэродинамический разделитель, выполненный из пористого материала.Pos. 14 - aerodynamic separator made of porous material.

Поз. 15 - аэродинамические разделители с положительной плавучестью.Pos. 15 - aerodynamic dividers with positive buoyancy.

Claims (9)

1. Охладитель воды центробежный, содержащий открытый вращающийся поддон, выполненный преимущественно в виде кругового цилиндра, снабженный водовыпускными отверстиями, его привод, корпус, кожух-сборник охлажденной воды, патрубки теплой и охлажденной воды, отличающийся тем, что в пограничном с водой слое воздуха размещают аэродинамические разделители, выполненные подвижными с возможностью фиксации их положения по радиусу кругового цилиндра поддона относительно вращающейся поверхности воды при окружной скорости вращения более 300 м/с.1. A centrifugal water cooler containing an open rotating pan, made mainly in the form of a circular cylinder, equipped with water outlets, its drive, a housing, a chilled water collector casing, warm and chilled water pipes, characterized in that an air layer is placed in the boundary with water aerodynamic separators made movable with the possibility of fixing their position along the radius of the circular cylinder of the pallet relative to the rotating surface of the water at a peripheral rotation speed of more than 300 m / s. 2. Охладитель по п. 1, отличающийся тем, что аэродинамические разделители снабжены силовым каркасом, зафиксированным относительно вращающегося поддона или корпуса.2. The cooler according to claim. 1, characterized in that the aerodynamic separators are provided with a load-bearing frame fixed relative to the rotating pallet or body. 3. Охладитель по п. 2, отличающийся тем, что силовой каркас снабжен приводом, обеспечивающим его соосное автономное вращение или остановку относительно вращающегося поддона.3. The cooler according to claim 2, characterized in that the power frame is equipped with a drive that ensures its coaxial autonomous rotation or stop relative to the rotating pallet. 4. Охладитель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что аэродинамические разделители размещают над поверхностью воды при отсутствии контакта с водой.4. Cooler according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the aerodynamic separators are placed above the water surface in the absence of contact with water. 5. Охладитель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что аэродинамические разделители частично погружены в воду или контактируют с поверхностью воды.5. Cooler according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the aerodynamic separators are partially submerged in water or in contact with the water surface. 6. Охладитель по п. 5, отличающийся тем, что аэродинамические разделители, каждый в отдельности или объединенные с силовым каркасом, выполнены из материала, обладающего положительной плавучестью, и зафиксированы относительно поддона6. The cooler according to claim 5, characterized in that the aerodynamic separators, each individually or combined with the load-bearing frame, are made of a material with positive buoyancy and are fixed relative to the pallet 7. Охладитель по п. 1, отличающийся тем, что разделители установлены под углом 0-5 градусов относительно вращающейся поверхности воды.7. The cooler of claim. 1, characterized in that the spacers are installed at an angle of 0-5 degrees relative to the rotating surface of the water. 8. Охладитель по п. 1, отличающийся тем, что аэродинамический разделитель выполнен в виде частично погруженного в воду полого цилиндра, изготовленного из жесткого высокопористого материала с открытыми порами, размещенного соосно с поддоном.8. The cooler according to claim 1, characterized in that the aerodynamic separator is made in the form of a hollow cylinder partially submerged in water, made of a rigid highly porous material with open pores, located coaxially with the pallet. 9. Охладитель по п. 1, отличающийся тем, что открытое торцевое отверстие цилиндрического поддона частично перекрывают заглушкой-распределителем входящих по оси вращения воздушных потоков и выходящих увлажненных периферийных потоков воздуха.9. The cooler according to claim 1, characterized in that the open end opening of the cylindrical pallet is partially covered with a plug-distributor of air flows entering along the axis of rotation and outgoing humidified peripheral air flows.
RU2021105892A 2021-03-05 2021-03-05 Centrifugal water cooler RU2761699C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105892A RU2761699C1 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Centrifugal water cooler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105892A RU2761699C1 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Centrifugal water cooler

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2761699C1 true RU2761699C1 (en) 2021-12-13

Family

ID=79174998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021105892A RU2761699C1 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Centrifugal water cooler

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2761699C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819470C1 (en) * 2023-11-21 2024-05-21 Юрий Васильевич Мальгин Rotary water cooler

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB980858A (en) * 1964-01-09 1965-01-20 Ernest Arthur Timson Improvements in water cooled rollers
SU1110990A1 (en) * 1982-08-30 1984-08-30 Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Reducing and cooling device
SU1423864A1 (en) * 1986-04-22 1988-09-15 Одесский Технологический Институт Холодильной Промышленности Apparatus for heat-moisture treatment of air
SU1696817A1 (en) * 1988-11-23 1991-12-07 Ленинградский технологический институт холодильной промышленности Method of change of moisture content in gas
EA022131B9 (en) * 2008-04-14 2016-03-31 Ротобуст Ас Device and method for transporting heat
KR20170140996A (en) * 2016-06-14 2017-12-22 코웨이 주식회사 Humidifier

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB980858A (en) * 1964-01-09 1965-01-20 Ernest Arthur Timson Improvements in water cooled rollers
SU1110990A1 (en) * 1982-08-30 1984-08-30 Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт Reducing and cooling device
SU1423864A1 (en) * 1986-04-22 1988-09-15 Одесский Технологический Институт Холодильной Промышленности Apparatus for heat-moisture treatment of air
SU1696817A1 (en) * 1988-11-23 1991-12-07 Ленинградский технологический институт холодильной промышленности Method of change of moisture content in gas
EA022131B9 (en) * 2008-04-14 2016-03-31 Ротобуст Ас Device and method for transporting heat
KR20170140996A (en) * 2016-06-14 2017-12-22 코웨이 주식회사 Humidifier

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2819470C1 (en) * 2023-11-21 2024-05-21 Юрий Васильевич Мальгин Rotary water cooler

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9670938B2 (en) Method and device for transfer of energy
ES2619504T3 (en) Centrifugal separator
US2581168A (en) Throttling process and device
EP3971509A1 (en) Flash closed heat exchanger
RU2761699C1 (en) Centrifugal water cooler
KR20010024170A (en) Rotating disk evaporative cooler
WO2020042574A1 (en) Medium transport and heat exchange device of iron core of electromagnetic device, and eddy current separator
US5275006A (en) Rotary two-phase refrigeration apparatus and method
RU2786840C1 (en) Low temperature water cooler
RU2819470C1 (en) Rotary water cooler
WO2015105431A1 (en) Hydrodynamic device
US20150059364A1 (en) Atmosphric vortex engine
RU2579722C2 (en) Conditioner
JP2011516818A (en) Apparatus and method for transporting heat
WO2021184464A1 (en) Gas-liquid mixing device and gas-liquid mixing method
KR20080059552A (en) Rare-gas-based bernoulli heat pump and method
US9089822B2 (en) Aeration system
WO2017116257A1 (en) Hydrodynamic device
CN111256264A (en) Device and method for increasing air humidity
CN110420526B (en) Oil gas purification device and method for deep sea closed space
RU2609598C1 (en) Vertical lift propeller
CN219640371U (en) Air conditioner
US2757521A (en) Gas cycle heat pump
CN203501351U (en) Air conditioning refrigeration equipment
RU2672958C1 (en) Supply ventilation device with heat energy recovery