Предварительные оценки. Вращающиеся двухфазные и зернистые слои, центробежно-барботажный аппарат. Струйная и вихревая мельницы. Законы измельчения, страница 6

Энергетическое разделение наблюдается в вихревых камерах, имеющих два выхода. На рисунке 9 показана т.н. прямоточная камера, а на рисунке 10 –  типичная камера, которую называют трубкой Ранка-Хильша.

 

Рисунок9.

 

Рисунок10

Противоточная вихревая труба. Черными стрелками условно  показано течение в прямом направлении и в противотоке. Цветными –горячий и холодный потоки на выходах.

На вход камеры подают сжатый воздух (белая стрелка). Характерные давления –4-8 избыточных атмосфер. На выходах при атмосферном давлении получают 2 потока с разными температурами торможения. (Горячий –красная стрелка, холодный – синяя стрелка). В хороших трубках разность температур в «горячем» и «холодном» выходах достигает 100 градусов.

О структуре потока в трубке дают представление экспериментальные данные (см. рисунки)

Рисунок 11. Скорость, температура, давление

Образование холодного и горячего потоков – результат перераспределения энергии, такого, что некоторое ее количество передается от охлаждаемого к нагреваемому, причем, от холодного к горячему. Убедительного объяснения этого явления с количественным расчетом на сегодняшний день нет. По существу можно сказать следующее:

Нагрев потока связывают с торможением его в пограничном слое, где кинетическая энергия переходит в тепло. Охлаждение, также как в детандере, связывают с адиабатическим охлаждением при расширении потока.

Открытым остается вопрос о том, как «холодный» поток сбрасывает кинетическую энергию (в случае детандера – крутит турбинку). Здесь каким-то образом происходит передача кинетической энергии из центральных («холодных») слоев периферийным («горячим»). Для того, чтобы ответить на вопросы «как» и «сколько», сегодня не хватает экспериментальных данных. Картинки, приведенные выше, представляют данные осредненные по пространству и времени. Эксперименты, фиксирующие нестационарные, быстрые и мелкомасштабные процессы, только начинают появляться.

Таким образом, описанная здесь трубка все еще находится в разряде фундаментальных задач. Тем не менее, эмпирическое развитие привело к ее использованию в технических устройствах, есть хорошие рекомендации, как ее сделать лучше, есть рекордные трубки и средние. Обычно трубка представляется набором внешних параметров, которые общеприняты, и мы сейчас с ними познакомимся.

 

В качестве эффективности работы трубки приводятся зависимости, которые вы видите на следующем рисунке.

Рисунок 12

О сравнительной эффективности процесса охлаждения в вихревой трубке можно судить по следующей табличке.

процесс	Температурный к.п.д., %	Холодильный к.п.д.,%
дросселирование	1,7	1,7
вихревое разделение	45…60	24…25
детандирование	78	78

Температурный к.п.д. охлаждения у хороших трубок близок к к.п.д. детандера, но если учесть разделение потока, следует принять во внимание холодильный к.п.д., который более, чем вдвое меньше. Преимущество вихревой трубки в том, что она работает без каких-либо движущихся деталей. Что касается к.п.д. относительно цикла Карно, то он вовсе мал и составляет примерно 2% (для сравнения, к.п.д. компрессорных установок 30…40%).

Применения.

 

Рисунок 13. Вакуум насос (вихревой эжектор)

Рисунок 14. Вихревая трубка, камера холода и  эжектор

Расчет трубки для заданной холодопроизводительности:

Лекция 3

Вращающиеся двухфазные и зернистые слои, центробежно-барботажный аппарат. Скорость вращения слоя. Сопротивление слоя.

О дисперсных средах:

1. Засыпки, обтекание (псевдоожиженный – «кипящий» слой)
2. Пыль, аэрозоль (мельницы, форсунки)
3. Пена, пузыри в воде, капли в воздухе (газожидкостные системы)

Трудности описания, обобщения: