SU807000A1 - Вихрева труба - Google Patents

Description

(54) ВИХРЕВАЯ ТРУБА

Изобретение относитс  к устройствам дл  охлаждени  и нагревани  газов, в. особенности в системах кон диционировани  воздуха, и может быть использовано дл  кондиционировани  воздуха низкого давлени . Известны вихревые трубы дл  охлаждени  и нагревани  газа, содержащие установленный на выходе нагре того потока раскруточный диффузор с подвижной плоской задней стенкой. В этих трубах раскруточный диффузор служит дл  увеличени  термодинамической эффективности вихревой трубы за счет уменьшени  давлени  на оси вихр , а также дл  регулировани  расходов и температур путем продоль Hot-o перемещени  задней стенки диффузора И . Однако в известных вихревых трубах КПД раскруточного диффузора недостаточно высок из-за потерь энергии на образование вихревых зон в месте поворота потока при набегании последнего под пр мым углом на заднюю плоскую стенку диффузора. Это обсто тельство снижает термодинамическую эффективность вихревой трубы. Известны также трубы, содержащие тангенциальный сопловый ввод, диафрагму дл  выпуска холодного потока , камеру энергетического разде-, лени  и соединенный с ней раскруточный кольцевой диффузор, образуемый внутренней поверхностью выходного конического участка камеры энергетического разделени  и дроссельным вентилем, выполненным в видепр молинейного конического обтекател  задней подвижной стенки диффузора Н .. Эти вихревые трубы работают следующим образом. Сжатый газ поступает через сопловый ввод в камеру энергетическо-. го разделеи , где раздел етс  на охлажденный и нагретый потоки. Охлажденный поток выходит через диафрагму , а нагретый поток проходит по каналу диффузора, омыва  дроссельный вентиль. При продольном перемещении вентил  площад-и входного и выходного сечений диффузора измен ютс  пр мо пропорционально одна другой. Поэтому степень расширени  диффузора, равна  отношению площадей выходного

и входного сечений, сохран етс  посто нной при всех положени х вентил  . Скорость нагретого потока газа в диффузоре различна на разных режима работы вихревой трубы. Эта скорость увеличиваетс  с ростом давлени  сжатого газа и уменьшаетс  с падением давлени  при фиксированном положении дроссел . Если давление сжатого газа посто нно, то скорость нагретого потока в диффузоре растет при перемещении дроссел  в сто .рону соплового ввода уменьшение площади сечени  диффузора) и падает при перемещении дроссел  в обратном Направлении.

Известно, что увеличение скорости газа приводит к уменьшению оптимальной степени расширени  диффузора . В описываемой вихревой трУбе степень расширени  диффузора сохран етс  посто нной при переменной величине скорости газа, что снижает КПД диффузора и следовательно, уменьшает термодинамическую эффективность вихревой трубы на переменных режимах работы.

Цель изобретени  - повышение термодинамической эффективности на переменных режимах работы при значени х ,1 - 0,3 и fU 0,5-0,8

Указанна  цель достигаетс  тем, что обтекатель задней стенки .диффузора имеет цилиндрический участок, длина которого составл ет 0,1-0,3 диаметра камеры энергетического разделени  в сечении соплового ввода.

На фиг. 1 изображена конструктивна  схема описываемой вихревой трубы; на фиг. 2 - графики зависимостей полной п и промежуточной п степеней расширени  раскруточного диффузора от величины зазора между подвижной и неподвижной стенками диффузора.

Вихрева  труба содержит тангенциальный сопловОй ввод 1 ,дл  подачи сжатого газа, диафрагму 2 дл  выпуска охлажденного потока, коническую камеру энергетического разделени  3 диаметром О,.в сечении соплового ввода, имеющую выходной цилиндрический патрубок 4 диаметром DQ/ соединенный с осерадиальным-раскруточным диффузором 5. Диффузор образован передней неподвижной стенкой 6 и задней подвижной стенкой 7, наруж50Межный диаметр которых D

ду стенками б и 7 имеетс  осевой заз Е, величина которого зависит от режима работы вихревой трубы. Передн   стенка 6 диффузора сопр жена с внутренней поверхностью патрубка 4 радиусом В 0,.3 0-. На задней стенке 7 диффузора установлен соосно с патрубком 4 обтекатель 8, сопр женный со стенкой радиусом . Обтекатель имеет цилиндрический участок 9, расположённый на

рассто нии К Rj от стенки 7. Длина цилиндрического участка составл ет . L (0,1-0,3) 0-р, а его диаметр .60.

Внутренн   поверхность патрубка . 4 и наружна  поверхность цилиндрического участка 9 обтекател  образуют кольцевой канал высотой И, котора  сохран етс  посто нной при перемещении стенки 7 в рабочем диапазоне величин Е.

Заднюю стенку 7 и обтекатель 8 можно перемещать в осевом направле НИИ штоком 10, проход щим через стенку ресивера 11, расположенного на выходе из диффузора 5. На ресивере 11

5 установлен дроссельный вентиль 12 дл  регулировани  расхода нагретого и охла чденного потоков.

Канал осерадиального диффузора 5 имеет три характерные сечени :

0 1) входное А-А площадью

Рд, 2) промежуточное цилиндрическое сечение Б-Б площадью F g и диаметром D, на котором расположены центры радиусов Кц, З) выходное цилиндрическое сечение В-В площадью Fg и диаметром Dg .

Полна  степень расширени  диффузора составл ет п Рд/Гд, а промежуточна  степень расширени  .. Площадь при любых положени х задней стенки 7 сохран етс  посто нной ввиду посто нства величин DQ , О ц и h. Уменьшение зазора уменьшает площади Fg и Fg и, следовательно степени расширени  п и h (кривые 13 и 14 на фиг. 1). При значении - 0,1 Dт площади Fд и F станов тс  равными, поэтому в этом положении задней стенки п 1. Дальнейшее уменьшение зазора Е приводит к тому, что площадь F становитс  меньше площади Fд , и участок между сечени ми А-Л и Б-Б превращаетс  в конфузор с п 1. В этом случае начало диффузора перемещаетс  из сечени  А-А в сечение Б-Б и, ввиду пропорциональности изменени  площадей Fg ti F, степень расширени  дИффузорнсго участка п Fg/Fg сохран етс  посто нной при изменении величины зазора (участок 15 на фиг. 2).

Поскольку диапазон оптимальных величин степени расширени  диффузора составл ет , рабочий диапазон величины зазора f равен 0,1 ,2 (фиг.2 )

Длина L цилиндрического участка обтекател  не должна быть меньше рабочего диапазона изменени  величины В, и в то )йе врем  должна оставатьс  возможно более короткой, обеспечива  оптимальную длину камеры энергетического разделени  при умеренной длине вихревой трубы. По65 этому величина L находитс  в пределах 0,1-0,3 диаметра вихревой трубы в, сечении соплового ввода

Вихрева  труба работает следующим образом.

Сжатый газ поступает через сопловый ввод 1 в камеру энергетического разделени  3, где образуютс  охлажденный и нагретый потоки.. Охлажденный поток выходит из вихревой трубы через диафрагму 2, а нагретый поток поступает через патрубок 4 и диффУ7 зор 5, омыва  обтекатель 8 с цилиндрическим участком 9, переднюю 6 и заднюю 7 стенки, в ресивер 11, из которого выходив через дроссельный вентиль 12.

Требуемый расход нагретого и охла Сценного потоков устанавливают . вентилем 12, а оптимальную степень расширени  диффузора получают перемещением с помощью штока 10 его задней подвижной стенки 7. При фиксированном положении вентил  1:2 перемещение задней стенки 7 диффузора в рабочем диапазоне величин 0,, не вли ет на величину расхода газа через диффузор, так как минимальна  по всему диффузорному каналу площадь входного сечени  Рд сохран етс  посто нной.

При открывании вентил  12 или увеличении давлени  сжатого газа перед вихревой трубой увеличиваютс  расход и скорость газа в диффузоре. В этом случае заднюю стенку диффузора перемещают в сторону соплового ввода, уменьша  ч этим степень расширени  диффузора в пределе до минимального значени  h 2 при 1 0,1 крива  13 на фиг. 2).

Закрыва  вентиль 12 или снижа  давление сжатого газа перед вихревой трубой, уменьшают расход и скорость газа в диффузоре. В этом случае заднюю стенку диффузора перемещают в сторону от соплового ввода, увеличива  этим степень расширени  диффузора в пределе до максимального значени  п 4 при ) 0,2.

В св зи с тем, что каждой величп . не скорости газа в диффузоре соответствует оптимальна  степень расширени  его, повышаетс  термодинамическа  эффективность вихревой трубы на. переменных режимах работы. Результаты экспериментального исследовани  показали, что в предлагаемой вихревой трубе разность температур исходного сжатого и охлажденного воздуха в диапазоне величин относительного расхода охлажденного потока 5 Ц i 0/3-0,1 на 6-30%, а в диапа .зоне |11 0,5-0,8 на 6-40% больше, чем в известной вихревой трубе с коническим обтекателем.

20

Claims (2)

1. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.,

Машиностроение, 1969, с. 42-44,73.

2. Патент США. № 1952281, кл. 625 . опу&пнк. 1934.