ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные элементы вихревой трубы из "Вихревые аппараты" В отличие от других термотрансформаторов вихревая труба не содержит подвижных элементов, которые регламентируют процесс. Эффективность процесса энергетического разделения зависит только от формы и размеров элементов, образующих проточную полость аппарата. Основной задачей расчетов и последующих экспериментальных доводок является поиск такого сочетания размеров элементов, при котором КПД максимален. Выбор размерных соотношений элементов базируется на результатах испытаний конструкций, близких к проектируемой по размерам и условиям работы. [c.47] поступающий в вихревой аппарат, прежде всего попадает в сопловое устройство. В работе [15] приведена классификация известных в настоящее время сопловых устройств (табл. 2). Рассмотрим наиболее интересные из них. [c.47] Наиболее часто используют сопловое устройство, разработанное А. П. Меркуловым (рис. 22), с прямоугольным профилем канала. Оптимальное отношение высоты А к ширине Ь ка нала в выходном сечении 1 2. Профиль внутренней поверхности соплового устройства соответствует спирали. Архимеда. Особое внимание уделено форме острой кромки, которая должна сократить интенсивность возмущений на границе между втекающим потоком и газом, находящимся в камере разделения. [c.49] Сопловое устройство Б. Парулейкара отличается от разработанного А. П. Меркуловым тем, что для его изготовления была использована заготовка с внутренней конической поверхностью. Однако нет данных, достаточно четко подтверждающих полезность такого усовершенствования. Причиной возможного положительного эффекта могло быть появление осевой составляющей скорости потока, выходящего в камеру разделения. [c.49] Мартыновым, отличается от предыдущих простотой изготовления. Оно имеет несколько тангенциальных сопловых вводов. Поперечное сечение каналов принято прямоугольным с к Ь= 2. На рис. 23 представлены результаты испытаний вихревой трубы с различными сопловыми устройствами. [c.50] Другие сопловые устройства не имеют преимуществ по сравнению с рассмотренными. Негативное воздействие входящего потока на структуру вихревых течений в камере значительнее при круглой форме сопловых каналов. Отличается сложностью изготовление устройств, предложенных Р. Хильшем и В. С. Мартыновским. [c.50] Из анализа опубликованных материалов следует, что наиболее рационально применять сопловое устройство, разработанное А. П. Меркуловым. Оно сочетает высокую эффективность с относительной простотой изготовления. Дальнейшего повышения эффективности можно достигать увеличением числа сопловых вводов. Б. И. Метенин и его ученики показали, что при одном вводе ось вихря не совпадает с осью камеры разделения в сопловом сечении это отрицательно влияет на процесс энергетического разделения. Увеличение числа вводов должно сопровождаться уменьшением интенсивности возмущений, вызываемых входящим потоком, и, кроме того, ростом потерь, вызываемых гидравлическими сопротивлениями каналов. Пока нет данных для определения оптимального числа вводов. Можно ожидать его возрастания с увеличением диаметра камеры разделения. [c.50] Переход от односоплового устройства к многосопловому сопровождается усложнением изготовления. Эффективность соплового устройства можно повысить изменением угла наклона каналов к оси камеры разделения. Наклонные сопла можно применять как при одно- так и при многосопловом устройствах. Этот способ повышения эффективности также связан с возрастанием сложности изготовления. [c.50] Расчетные значения Ос удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными в диапазоне изменения параметров 8 = 4...17 = 8...15 р, = 0,20...0,75 Рх = 0,1...0,2 МПа. [c.51] Взаимосвязь Рс с другими размерами вихревой трубы обычно выражают чер з относительную площадь проходного сечения сопла Рс = 4Рс1 п0 о) принимают =0,327. Такая взаимосвязь безусловно упрощена. Она получена при обработке экспериментальных материалов (см. рис. 10). Вывод зависимости базируется на предположении, что соблюдаются условия подобия протекания процессов в геометрически подобных вихревых трубах. Именно это предположение позволило получить столь простую зависимость, когда Рс является функцией одной лишь переменной 8. Естественно, предлагаемая зависимость является приближенной, так как в действительных вихревых трубах нет полного соблюдения условий подобия. [c.51] Следующий элемент вихревой трубы и любого другого вихревого аппарата — камера разделения. Сначала применяли только цилиндрические камеры разделения, основное преимущество которых — простота изготовления. И в настоящее время часто это преимущество является определяющим. [c.52] В дальнейшем В. П. Гендал предложил коническую камеру разделения, использование которой позволило повысить КПД вихревых труб. Однако при этом усложнилось изготовление и возросли размеры поперечного сечения вихревого аппарата. Эти недостатки привели к необходимости разработки цилиндроконических камер разделения. В таких камерах участок, близкий к сопловому сечению, выполняют коническим, остальная часть камеры имеет цилиндрическую форму. [c.52] Наибольшее число работ посвящено определению оптимальной длины камеры разделения. Несмотря на это, не удалось получить достаточно надежных рекомендаций. Более того, пока не доказано существование оптимума длины всех видов камер энергетического разделения. Обычно длину ограничивают таким значением, превышение которого не приводит к заметному увеличению КПД. Так, Р. Хильш ограничил относительную длину исследованной им цилиндрической камеры значением = 50, С. Фултон — Ь = 33. В более поздних работах [31] показано, что и при 100 увеличение длины сопровождается ростом КПД. При конических и 1и-линдроконических камерах разделения принимали Ь = = 30...35. Проведенные Ю. В. Чижиковым эксперименты на трубе с коническими камерами разделения при о=10 мм показали, что рост КПД практически прекращается при 15. Анализ опубликованных материалов позволяет отметить такую закономерность в трубах без развихрителей рациональное значение относительной длины L растет с увеличением диаметра Do. Для количественного описания этой закономерности недостаточно опытных данных. Однако сам факт ее существования свидетельствует о том, что даже в простейших вихревых трубах, различающихся только диаметром камеры разделения, нет полного подобия процессов. [c.53] При установке диффузора (лопаточного или щелевого) для нагретого потока существенно изменяется процесс энергетического разделения (см. рис. 19). [c.54] Применительно к рассматриваемому вопросу представляет интерес конструкция аппарата, разработанного В. А. Высочиным (рис. 24) и обладающего высокой эффективностью при относительной длине камеры разделения = 3,5. [c.54] В данном случае длина камеры разделения уменьшена без использования специального диффузора на нагреваемом потоке, т. е. практически без увеличения поперечных размеров аппарата. Последнее особенно важно при больших Во. Благодаря дефлектору и рециркуляции нагретого потока удалось оттеснить периферийный вихревой поток к стенкам камеры разделения. Наличие глухого торца патрубка позволило создать местную зону с пониженным давлением. В результате был сформирован приосевой поток преимущественно из воздуха, стекающего из внутренних слоев периферийного вихря на конечном участке камеры разделения. [c.55] Изгиб камеры на 15° практически не влияет на Шх (рис. 25, а), как и изгиб на 90° при его большом радиусе, а при малом радиусе изгиб на 45°, и особенно на 90 приводит к резкому уменьшению Шх в месте изгиба. Изменяются профили осевой скорости, давления и температуры по радиусу. Соответственно резко снижается эффективность процесса энергетического разделения в камерах с изломом или резким изгибом (рис. 25, б). Если радиус изгиба значительно превышает радиус камеры, то влияние изгиба на КПД незначительно. Применение изогнутых камер разделения облегчает компоновку вихревых труб с другими агрегатами. [c.56] Вернуться к основной статье