SU672452A1

SU672452A1 - Swirl tube

Info

Publication number: SU672452A1
Application number: SU752124411A
Authority: SU
Inventors: Любовь Николаевна Мужилко; Николай Яковлевич Искренко; Петр Алексеевич Барабаш; Алексей Александрович Мужилко
Original assignee: Muzhilko Lyubov N; Iskrenko Nikolaj Ya; Barabash Petr A; Muzhilko Aleksej A
Priority date: 1975-04-11
Filing date: 1975-04-11
Publication date: 1979-07-05

Description

(54) ВИХРЕВАЯ ТРУБА(54) VORTEX PIPE

1one

Изобретение относитс к вихревым энергоразделител м , в которых используетс эффект Ранка-Хилша дл разделени сжатого газа на холодный и гор чий потоки.The invention relates to vortex energy separators that use the Ranka-Hilsch effect to separate compressed gas into cold and hot streams.

Известны вихревые трубы содержащие улиточный сопловой ввод, диафрагму с отверстием дл вывода холодного потока и камеру энергетического разделени с охлаждающей рубащкой, соединенной с источником охлаждающего воздуха; по оси камеры энергетического разделени установлено лопаточное колесо, приводимое во вращение закрученным потоком, и на одном валу с колесом размещена крыльчатка вентил тора дл прокачки охлаждающего воздуха через рубашку (.Vortex tubes containing a snail nozzle inlet, a diaphragm with an aperture for withdrawing the cold flow and an energy separation chamber with a cooling jacket connected to a source of cooling air are known; A blade wheel mounted in rotation by a swirling flow is installed along the axis of the energy separation chamber, and an impeller of the fan is placed on the same shaft with the wheel for pumping cooling air through the jacket (.

В указанной вихревой трубе энерги гор чего потока преобразуетс в механическую работу, котора используетс дл охлаждени стенок камеры энергетического разделени и в конечном итоге дл повышени холодопроизводительности вихревой трубы .In said vortex tube, the hot flow energy is converted into mechanical work, which is used to cool the walls of the energy separation chamber and ultimately to increase the cooling capacity of the vortex tube.

Известны также вихревые трубы, содержащие заключенную в охлаждающую рубащку камеру энергетического разделени .Vortex tubes are also known that contain an energy separation chamber enclosed in a cooling jacket.

стенки которой выполнены в виде термоэлектрической батареи с холодными и гор чими спа ми, причем холодные спаи расположены на внутренней поверхности камеры, а гор чие - на наружной, и отверстие диафранмы соединено с полостью рубащки 2.the walls of which are made in the form of a thermoelectric battery with cold and hot joints, the cold joints are located on the inner surface of the chamber, and hot on the outer surface, and the diaphragm opening is connected to the cavity of the jacket 2.

Однако при таком расположении термоэлектрической батареи в этих трубах нельз генерировать электроэнергию.However, with this arrangement, the thermoelectric battery in these pipes cannot generate electricity.

Цель изобретени - обеспечение генерировани электроэнергии.The purpose of the invention is to provide electricity generation.

Это достигаетс тем, что гор чие спаи термоэлектрической батареи расположены на внутренней поверхности камеры, а холодные- на наружной.This is achieved by the fact that the hot junctions of the thermoelectric battery are located on the inner surface of the chamber, and the cold ones are on the outer one.

На чертеже схематически показана описываема вихрева труба.The drawing shows schematically the described vortex tube.

Вихрева труба содержит улиточный сопловой ввод с тангенциальным соплом 1, диафрагму с отверстием 2 дл вывода холодного потока и камеру 3 энергетического разделени с дросселем 4 дл вывода и регулировани расхода гор чего потока. Стенки камеры 3 выполнены в виде термоэлектрической батареи 5, гор чие спаи которой образуют внутреннюю поверхность камеры, а холодные - ее наружную новерхность. Холодные спаи могут быть выполнены с развитой поверхностью , например оребрены (ребра на чертеже не показаны). Термоэлектрическа батаре 5 заключена в охлаждающую рубашку 6, котора соединена с отверстием 2 диафрагмы через патрубок 7.The vortex tube contains a snail nozzle inlet with a tangential nozzle 1, a diaphragm with an orifice 2 for evacuating the cold flow, and an energy separation chamber 3 with an orifice 4 for evacuating and controlling the flow of hot flow. The walls of the chamber 3 are made in the form of a thermoelectric battery 5, the hot junctions of which form the inner surface of the chamber, and the cold ones form its outer surface. Cold junctions can be made with a developed surface, such as finned (ribs are not shown in the drawing). The thermoelectric battery 5 is enclosed in a cooling jacket 6, which is connected to the aperture 2 of the diaphragm through the nozzle 7.

Вихрева труба работает следующим образом.The vortex tube works as follows.

Через тангенциальное сопло 1 вводитс сжатый газ, при этом в камере 3 энергетического разделени образуетс интенсивный вихревой поток, приосевые слои которого, образу холодный поток, через отверстие 2 диафрагмы отвод тс в рубашку 6, а периферийные слои нагреваютс и вытекают через дроссель 4, образу гор чий поток. При этом гор чие периферийные слои газа отдают свое тепло гор чим спа м термоэлектрической батареи 5, а холодный поток в рубашке 6 охлаждает холодные спаи батареи 5. Вследствие разности температур между холодными и гор чими спа ми, батаре 5 генерирует эдектрический ток. Напр жение снимаетс г полюсов батареи 5.A compressed gas is introduced through the tangential nozzle 1, and an intense vortex flow is formed in the energy separation chamber 3, the axial layers of which, forming a cold flow, through the opening 2 of the diaphragm are retracted into the jacket 6 and the peripheral layers are heated and flow out through the choke 4 to form whose stream In this case, the hot peripheral layers of the gas release their heat to the hot springs of the thermoelectric battery 5, and the cold flow in the jacket 6 cools the cold junctions of the battery 5. Due to the temperature difference between the cold and hot spans, the battery 5 generates an electrical current. The voltage is removed from the poles of the battery 5.

Регулирование расходов гор чего и холодного потоков производитс дросселем 4.Regulation of hot and cold flow is made by choke 4.

Работа данной вихревой трубы возможна также при весовой доле холодного потока jU, 1. В этом случае, согласно теории взаимодействи вихрей, наблюдаетс наибольший эффект энергетического разделени газов, возникают при этом наибольшие тепловые потоки от вынужденного к свободному вихрю и наблюдаетс наиболее сильный нагрев периферийного вихр , что позвол ет путем отвода от него тепла (тепло идет на генерирование батарей электрической энергии, при этом имеет место охлаждение холодных спаев холодным потоком) получить заметный эффект охлаждени .The operation of this vortex tube is also possible with a weight fraction of cold flow jU, 1. In this case, according to the vortex interaction theory, the greatest effect of energy gas separation is observed, the greatest heat flows from forced to free vortex occur and the strongest heating of the peripheral vortex occurs, which allows heat to be removed from it (heat is generated to generate batteries of electrical energy, while cooling of cold junctions with a cold stream takes place) to obtain a noticeable effect oh azhdeni.

Перевод вихревой трубы на режим работы npnjU 1 осуществл етс перекрытием дроссел 4. При этом сокращаетс расход сжатого газа и увеличиваетс эффективность генерировани энергии.Switching the vortex tube to the operation mode npnjU 1 is performed by overlapping throttles 4. At the same time, the consumption of compressed gas is reduced and the efficiency of energy generation increases.

Описанна вихрева труба кроме генерировани электрической энергии может быть одновременно использована по пр мому назначению как генератор холода. Наибольша эффективность также будет при весовой доле холодного потокаJW 1.The described vortex tube, in addition to generating electrical energy, can be simultaneously used for its intended purpose as a generator of cold. The highest efficiency will also be with the weight fraction of the cold flow JW 1.

Анализ процесса взаимодействи вихрей в вихревой трубе показывает, что двигающийс в дросселе 4 периферийный вихрь получает все новые порции энергии от вынужденного вихр . Это приводит к повышению его темпер1туры. Текущий навстречу вынужденньТй вихрь формируетс из подогретых элементов наружного вихр .Analysis of the interaction process of the vortices in the vortex tube shows that the peripheral vortex moving in the choke 4 receives all new portions of energy from the forced vortex. This leads to an increase in its temperature. The current towards the forced vortex is formed from the heated elements of the outer vortex.

Таким образом, попадающие в холодный поток элементы газа сначала нагреваютс Thus, the elements of gas entering the cold stream are first heated

в наружном вихре, а затем охлаждаютс во внутреннем. Переход элементов газа из наружного во внутренний вихрь не происходит в каком-то определенном сечении, а осуществл етс по всей длине вихревой зоны . При этом, чем дальше от соплового ввода совершаетс этот переход, тем более нагретым оказываетс элемент газа в зоне перехода и тем большую энергию он должен передать дл того, чтобы приобрести энергетический уровень, соответствующий его радиальному положению в сопловом сечении.in the outer vortex, and then cooled in the inner. The transition of gas elements from the external to the internal vortex does not occur in any particular section, but occurs along the entire length of the vortex zone. In this case, the farther from the nozzle inlet this transition takes place, the more heated the gas element in the transition zone and the more energy it must transfer in order to acquire an energy level corresponding to its radial position in the nozzle section.

Поэтому, чем холоднее будут формирующие внутренний вихрь элементы, тем совершеннее их охлаждение в сопловом сечении. Этот принцип заложен в основу методаTherefore, the colder the elements forming the internal vortex are, the more perfect their cooling in the nozzle section. This principle is the basis of the method

5 повышени эффективности работы вихревой трубы путем охлаждени периферии вихр . Высока температура периферийных слоев внешнего вихр позвол ет легко отбирать от них тепло, чему в значительной степени способствуют высокие скорости турбулентного вихр , обеспечивающие большие значени коэффициента теплообмена между гор чими спа ми и вихрем (пор дка 1200 вт/м град и более).5 to improve the efficiency of the vortex tube by cooling the periphery of the vortex. The high temperature of the peripheral layers of the outer vortex makes it easy to take heat away from them, which is largely due to the high velocities of the turbulent vortex, which provide large values of the heat exchange coefficient between hot spans and vortex (about 1200 W / m degree or more).

В предлагаемой вихревой трубе теплоThe proposed vortex tube is warm

5 гор чих периферийных слоев внешнего вихр отдаетс гор чим спа м термоэлектрической батареи 5. Учитыва , что наружна поверхность камеры 3 (холодные спаи) охлаждаетс холодным потоком газа, вихрева труба вл етс фактически охлаждаемой5 hot peripheral layers of the outer vortex are given off by the hot springs of the thermoelectric battery 5. Considering that the outer surface of chamber 3 (cold junctions) is cooled by a cold gas flow, the vortex tube is actually cooled

вихревой трубой, эффективность работы которой высока. vortex tube, the efficiency of which is high.

Высока эффективность энергетического разделени потока газа ведет к повышению эффективности генерировани электрическойThe high efficiency of the energy separation of the gas stream leads to an increase in the efficiency of electrical generation

J энергии.J energy

Claims

1. USSR author's certificate number 418682, cl. F 25 B 9/02, 1972.

2.Azarov AI. Development and research of refrigerators for transport. Thesis for the degree of Ph.D., Odessa, 1974, p. 37, fig. 1-4-5 (Scheme 4).