В вихревой трубе Ранке, схема которой приведена на рис. 1, цилиндрическая труба 7 присоединена одним концом к улитке 2, которая заканчивается сопловым вводом прямоугольного сечения, обеспечивающим подачу сжатого рабочего газа в трубу по касательной к окружности её внутренней поверхности. С другого торца улитка закрыта диафрагмой 3 с отверстием в центре, диаметр которого существенно меньше внутреннего диметра трубы 1.
Через это отверстие из трубы 1выходит холодный поток газа, разделяющийся при его вихревом движении в трубе 1на холодную (центральную) и горячую (периферийную) части. Горячая часть потока, прилегающая к внутренней поверхности трубы 1, вращаясь, движется к дальнему концу трубы 1 и выходит из нее через кольцевой зазор между её краем и регулировочным конусом 4.
Рис.1 Вихревая труба Ранке
Законченной и непротиворечивой теории вихревой трубы до сих пор не существует, несмотря на простоту этого устройства. "На пальцах" же объясняют, что при раскручивании газа в вихревой трубе он под действием центробежных сил сжимается у стенок трубы, в результате чего нагревается тут, как нагревается при сжатии в насосе. А в осевой зоне трубы, наоборот, газ испытывает разрежение, и тут он охлаждается, расширяясь. Выводя газ из пристеночной зоны через одно отверстие, а из осевой - через другое, и достигают разделения исходного потока газа на горячий и холодный потоки.
Жидкости, в отличие от газов, практически не сжимаемы. Поэтому более полувека никому и в голову не приходило подать в вихревую трубу воду вместо газа или пара.
Принцип действия вихревой трубы и ее конструкция
В истории науки и техники известно немало случаев, когда новые эффекты открываются при исследовании казалось бы достаточно хорошо изученных явлений. Именно это произошло и с вихревым температурным разделением, которое открыл в 1931 году француз Ранк. В 1933 году он сделал доклад о явлении разделения сжатого воздуха в вихревой трубе на два потока: холодный и горячий. Однако, это сообщение [4] было встречено с недоверием и аэродинамик Брюн заявил, что такое разделение существовать не может. Более 10 лет открытие Ранка оставалось незамеченным и только в 1946 году немецкий физик Р.Хильш опубликовал статью об экспериментальном исследовании вихревой трубы и как бы еще раз открыл вихревой эффект.
Вихревая труба - это устройство без движущихся частей.
Рис. 2 Общий вид вихревой трубы.
Цилиндрическая труба 1 соединена с распределительной головкой 2, которая содержит сопловой ввод 3, диафрагму 4 и трубу холодного потока 5. С противоположной стороны расположен корпус регулирующего вентиля 6 с конусом 7 и трубой горячего воздуха. Образование холодного и горячего потоков может произойти только в том случае, если энергия входящего потока в вихревой трубе распределяется таким образом, что некоторое ее количество отводится от охлаждаемого потока и передавалась нагреваемому потоку. Суммарное количество энергии холодного и горячего потоков, отводимых из трубы (если она изолирована), по закону сохранения энергии равно количеству энергии поступающего сжатого газа. Перераспределение энергии является результатом сложных газодинамических процессов, проходящих в вихревой трубе, их физическая сущность обуславливает передачу энергии и главное - это наличие вращающегося потока. Во всем комплексе процессов, происходящих в трубе, выделяют два основных, определяющих перераспределение энергии между внутренними и внешними слоями газа.
|
