Вихревой эффект охлаждения

Вихревое охлаждение впервые было предложено французским инженером Ранком в 1933 г. Теоретический анализ, опытное исследование и разработка вихревых охлаждающих уст­ройств проводились и успешно ведутся во многих исследовательских лабораториях.

Устройство, принцип действия и показатели эффективности ра­боты вихревой трубы представлены на рис. 1.

Рис. 1. Охлаждение вихревой трубой: а – устройство трубы; б – зависимость степени охлаждения и нагревания от массовой доли холодного воздуха

а                                                                              б

Рис. 1. Охлаждение вихревой трубой: а – устройство трубы: 1 – дроссельный клапан; 2 – горячий конец трубы; 3 – сопло; 4 – диафрагма; 5 – холодный конец трубы; б – зависимость степени охлаждения Δtх = ttх и нагревания Δtг = tгt от массовой доли холодного воздуха μ = Gх /G.

Предварительно сжатый и охлажденный водой воздух в ко­личестве G кг при давлении p и температуре t подается в сопло 3 (рис. 1, а), где он расширяется, охлаждается и приобретает большую скорость и кинетическую энергию. Поскольку воздух поступает в трубу тангенциально, то он в поперечном сечении трубы образует свободный вихрь, угловая скорость которого велика у оси и мала у периферии трубы. Избыток кинетической энер­гии внутренних слоев передается (трением) внешним, повышая их температуру. Этот процесс происходит настолько быстро, что вну­трение слои, отдав энергию периферийным и еще больше охла­дившись, не успевают получать от них эквивалентного возврата теплоты, т. е. в поле вихревого разделения воздуха не наступает термического равновесия.

Находясь вблизи центрального отверстия диафрагмы 4, холод­ный воздух выходит через него к правому свободному концу трубы 5, называемому холодным. Нагретые периферийные слои движутся влево к дроссельному клапану 1 и через него выходят из горячего конца трубы 2. Количества получаемого горячего Gг и холодного Gх воздуха, а следовательно, и температуры того и другого tг и tх регулируются степенью открытия клапана.

Охлаждение холодного потока Δtх = ttх в вихревой трубе (рис. 1, б) меньше, чем в адиабатическом обратимом процессе расширения, и больше, чем при дросселировании. Как видно на графике, наибольшему охлаждению Δtх = 45 °C соответствует p ≈ 0,5 МПа, μ = Gх /G = 0,3, что при t = 10 °C дает tх = –35 °C. Это примерно половина разности температур в изоэнтропическом процессе расширения. Наибольшая удельная холодопроизводительность q0 = μ·cp·Δtх кДж/кг достигается при μ ≈ 0,6…0,7, однако она сама по себе невысока и составляет 12,5…21 кДж/кг.

Термодинамические процессы вихревой трубы малоэффективны. На охлаждение вихревой трубой расходуется энергии примерно в 8…10 раз больше, чем воздушной машиной. Однако такой спо­соб одновременного получения холода и тепла исключительно прост (если имеется система сжатого воздуха или, например, природ­ного газа достаточного давления), поэтому он применим в тех случаях, когда необходимо получать холод и тепло периодически и в небольших количествах, а также когда простота конструкции, малые масса и габарит играют решающую роль.

Эффективность работы вихревой трубы может быть повышена за счет охлаждения водой горячего конца трубы и увеличения доли холодного воздуха μ, причем энергию окружающей среде можно полностью передавать не с горячим потоком, а в виде теп­лоты с охлаждающей водой: проточной или барботируемой горя­чим воздухом. В первом случае расход воды составляет прибли­зительно 1,5 кг на 1 кг сжатого воздуха, подаваемого в вихревую трубу, а во втором он сокращается в 100 и более раз, так как для охлаждения используется скрытая теплота парообразования воды, увлажняющей горячий воздух.

Столешницы оптом и в розницу
В ассортименте: кухонные столешницы и столешницы для ванных комнат, столешницы постформинг, круглые и угловые столешницы.

Поделитесь с друзьями
  • Facebook
  • Twitter
  • LinkedIn
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице

Вихревой эффект охлаждения: Один комментарий

  1. Такие конструкции применяют редко и вряд ли у них есть будущее. Слишком уж большие энергетические потери возникают при их использовании. Хотя простота и надёжность конструкции немаловажное преимущество данных систем охлаждения.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>