WO2015110124A1

WO2015110124A1 - Способ охлаждения жидкой среды путем разрыва сплошности

Info

Publication number: WO2015110124A1
Application number: PCT/EA2014/000001
Authority: WO
Inventors: Сергей Евгеньевич УГЛОВСКИЙ; Татьяна Петровна БЕЛОБОЖНАЯ; Денис Дмитриевич ШАТАЛОВ
Original assignee: Сергей Евгеньевич УГЛОВСКИЙ
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-07-30
Also published as: EA201600159A1; EA032109B1

Abstract

Изобретение относится к способам воздействия на жидкую среду с использованием кавитации, и может быть использовано в различных областях техники для охлаждения жидкой среды. В способе охлаждения вызывают явление кавитации в жидкости, создают условия для всплытия и роста кавитационных пузырьков и испарения пара жидкой среды внутрь кавитационных пузырьков. В неподвижной жидкой среде кавитацию создают в приповерхностном слое жидкости акустическим, ультразвуковым либо гидродинамическим воздействием, в направленном потоке жидкой среды - обтеканием поверхности спрофилированных твердых тел, помещенных в жидкую среду. В неподвижной жидкой среде импульсно меняют давление пара над поверхностью жидкой среды, для чего перекрывают и открывают патрубок отвода пара клапаном- прерывателем. В направленном потоке жидкой среды подводят газ извне к кавитационным пузырькам в момент наибольшего разрежения в них. Изобретение позволяет использовать разрыв сплошности жидкой среды для её охлаждения.

Description

СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ЖИДКОЙ СРЕДЫ ПУТЕМ РАЗРЫВА СПЛОШНОСТИ

ОПИСАНИЕ

Изобретение относится к способам воздействия на жидкую среду с разрывом ее сплошности, и может быть использовано в различных областях техники для охлаждения жидкой среды. Способ может использоваться для различных типов жидкости, включая загрязненные, благодаря нечувствительности способа к качеству жидкой среды.

Из уровня техники известно явление кавитации в жидкости (Рождественский В. В. «Кавитация» - Судостроение, 1977. Сиротюк М. Г. «Акустическая кавитация» - М.: Наука, 2008).

Известен также опыт, когда в колбу помещают небольшое количество воды и начинают откачивать из колбы воздух. В результате откачки воздуха и паров воды вместе с ним усиливается процесс испарения, в ходе которого происходит отвод тепла от воды. При медленной откачке понижение температуры жидкости компенсируется за счет поступления теплоты из окружающей среды, поэтому температура воды остается постоянной, и при снижении давления в колбе ниже давления насыщенного пара при данной температуре вода начинает кипеть. При быстрой откачке вода не успевает получить тепло от окружающей среды и, так как температура воды начинает понижаться, возможность ее закипания уменьшается. Дальнейшее продолжение быстрой откачки приводит к понижению температуры жидкости до точки замерзания.

Техническим результатом предлагаемого способа является использование разрыва сплошности жидкой среды для ее охлаждения.

Технический результат достигается тем, что в способе охлаждения вызывают разрыв сплошности жидкой среды кавитацией или иным способом, создают условия для испарения внутрь области разрыва сплошности пара жидкой среды и отвода пара вовне.

Согласно изобретению, при реализации способа охлаждения интенсификация всплытия кавитационных пузырьков достигается в неподвижной жидкой среде импульсным изменением давления пара над поверхностью жидкой среды, для чего перекрывают и открывают патрубок отвода пара клапаном-прерывателем.

Согласно изобретению, при реализации способа интенсификация охлаждения жидкости в направленном потоке жидкой среды достигается подводом газа извне к кавитационным пузырькам в момент наибольшего разрежения в них. В неподвижной жидкой среде кавитацию создают в приповерхностном слое жидкости акустическим, ультразвуковым либо гидродинамическим воздействием, в направленном потоке жидкой среды - обтеканием поверхности спрофилированных твердых тел, помещенных в жидкую среду, во вращающейся жидкой среде - созданием искусственной вакуумной кавитационной полости за счет вращения жидкой среды.

Теоретическим пределом, до которого можно охладить жидкую среду предлагаемым способом, является температура замерзания жидкой среды при данном давлении. Предлагаемый способ охлаждения является экономичным с точки зрения подводимой энергии.

По совокупности признаков не обнаружен способ охлаждения, аналогичный предлагаемому.

Раскрытие и осуществление изобретения:

Кавитация характеризуется образованием и охлопыванием пузырьков, называемых кавитационными. В предлагаемом способе часть кавитационных пузырьков успевает всплыть до схлопывания. Во время всплытия происходит рост занимаемого ими объема и испарение пара жидкости внутрь пузырьков.

В случае неподвижной жидкой среды, в проходном сечении патрубка отвода пара расположен клапан-прерыватель. Клапан непрерывно вращают, при этом он попеременно перекрывает и открывает проходное сечение патрубка отвода пара. Так как отвод пара осуществляют непрерывно, при открытии проходного сечения происходит разрежение над поверхностью жидкости, при перекрытии проходного сечения происходит возврат к исходному давлению. Импульсное изменение давления над поверхностью жидкости способствуют всплытию кавитационных пузырьков. Постоянный отбор пара из всплывших пузырьков путем создания небольшого разрежения над поверхностью жидкости приводит к интенсивному охлаждению жидкости. Вследствие большого количества образующихся пузырьков (порядка миллиона пузырьков в 1 см³ воды) эффект охлаждения также может быть значительным. По мере охлаждения приповерхностного слоя жидкости естественным образом происходит смена холодных слоев жидкости более теплыми слоями за счет конвекции.

В случае направленного потока жидкой среды, в области возникновения кавитации, за поверхностью спрофилированного твердого тела, расположено выходное сечение патрубка подвода газа с установленным в нем клапаном-регулятором давления. В случае попадания выходного сечения патрубка внутрь кавитационного пузырька клапан открывается при понижении давления в пузырьке ниже установленного давления открытия клапана, кавитационный пузырек заполняется газом, что приводит к росту и всплытию пузырька и испарению пара жидкой среды внутрь пузырька. Патрубок может сообщаться с атмосферой при использования атмосферного воздуха в качестве газа.

В случае вращающейся жидкой среды - за счет вращения заполненной жидкостью замкнутой емкости, сбалансированной относительно оси вращения, с центральным перфорированным патрубком с низкой теплопроводностью, создают вакуумную кавитационную полость вдоль оси вращения, внутрь патрубка за счет разрежения активно испаряют жидкую среду. Отвод пара из емкости производят с использованием двух клапанов - впускного и выпускного. Впускной клапан открывают при соответствующем заданном падении давления в кавитационной полости и впускают жидкую среду. Входящий в патрубок поток жидкой среды является жидким поршнем, совершающим гидродинамический удар и сжимающим паровую фазу до высокой степени сжатия с соответствующим повышением температуры пара. Отвод пара из емкости обеспечивается открытием выпускного клапана, происходящим с задержкой после открытия впускного клапана в результате гидродинамического удара входящего потока. Теплоту высокотемпературного пара отводят и полезно используют.

з

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ охлаждения путем разрыва сплошности жидкой среды, при котором вызывают явление кавитации в жидкости, создают условия для всплытия и роста кавитационных пузырьков и испарения пара жидкой среды внутрь кавитационных пузырьков, отличающийся тем, что пар, находящийся над поверхностью жидкости, отводят вовне, и импульсно меняют давление пара над поверхностью, для чего перекрывают и открывают патрубок отвода пара клапаном-прерывателем.

2. Способ охлаждения путем разрыва сплошности жидкой среды, при котором вызывают явление кавитации в жидкости, создают условия для всплытия и роста кавитационных пузырьков и испарения пара жидкой среды внутрь кавитационных пузырьков, отличающийся тем, что подводят газ извне к кавитационным пузырькам в момент наибольшего разрежения в них.

3. Способ охлаждения путем разрыва сплошности жидкой среды, при котором вращением заполненной жидкостью замкнутой емкости, сбалансированной относительно оси вращения, с центральным перфорированным патрубком с низкой теплопроводностью, создают вакуумную кавитационную полость вдоль оси вращения, внутрь патрубка за счет разрежения активно испаряют жидкую среду, отличающийся тем, что подводят жидкую среду в кавитационную полость через впускной клапан при соответствующем заданном падении давления в кавитационной полости, совершают входящим потоком жидкой среды гидродинамический удар и сжимают паровую фазу до высокой степени сжатия с соответствующим повышением температуры пара, отводят высокотемпературный пар из емкости открытием выпускного клапана, происходящим вследствие гидродинамического удара входящего потока жидкой среды, теплоту высокотемпературного пара отводят и полезно используют.