WO2009041854A1 - Способ тепломассоэнергообмена текучих сред и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ тепломассоэнергообмена текучих сред и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- WO2009041854A1 WO2009041854A1 PCT/RU2008/000489 RU2008000489W WO2009041854A1 WO 2009041854 A1 WO2009041854 A1 WO 2009041854A1 RU 2008000489 W RU2008000489 W RU 2008000489W WO 2009041854 A1 WO2009041854 A1 WO 2009041854A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- vortex
- flows
- annular
- flow
- displacer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F24V40/00—Production or use of heat resulting from internal friction of moving fluids or from friction between fluids and moving bodies
Definitions
- the invention relates to acoustic methods for intensifying heat and mass energy exchange and more specifically relates to a method of heat and mass energy exchange of fluids and a device for its implementation.
- This method is based on the processing of a liquid by a source of mechanical vibrations at a frequency from a number of fundamental frequencies obeying a certain empirical dependence, and consists in the fact that the liquid is fed into the cavity of a rotating impeller and discharged from the cavity through a series of outlet openings in the peripheral annular wall of the impeller into an annular chamber, and then, into the collection chamber, subject to certain ratios between the frequency of rotation of the impeller, the radius of the peripheral wall and the resonant frequency.
- this method is difficult to implement, requires strict selectivity of the excitation, is characterized by a multifactorial dependence of the resonant excitation on geometric, frequency parameters and has limited possibilities for use for other heat and mass energy processes.
- the closest in technical essence is the method of heat and mass energy exchange of fluids and a device for its implementation, disclosed in patent RU, 2268772, published on 01.27.06.
- the known method consists in the formation of at least two vortex flows of fluids, providing their partial contact to a depth sufficient to initiate acoustic resonance excitation due to deformation-shear interaction, after which the excited flows combine and output the combined stream processed by sound to use.
- the excitation of flows is carried out using a device consisting of two or more vortex tubes, which communicate with each other through a partial intersection along the generators, which ensures the contact of the counter-directed surface outer layers of the vortex flows formed in these pipes.
- the basis of the invention is the task to create a method of heat and mass energy exchange of fluids, which would eliminate the appearance of forces leading to distortion of the geometry of the vortex formation, would create conditions for increasing the lifetime of resonant vortices and provide controlled acoustic excitation of one or two-component fluid media such as liquid-liquid, liquid -gas, gas-gas in a given range of amplitude-frequency characteristics, and also create a device to implement this method, which would be reliable in operation and convenient in operation.
- the problem is solved in that in the method of heat and mass energy exchange of fluids consisting in the fact that at least two vortex flows of these fluids are formed, they provide partial contact to a depth sufficient to initiate acoustic resonance excitation due to shear-strain interaction, after whereby the excited flows are combined and the processed sound stream is brought out for use, according to the invention, the first vortex stream is formed into an annular shape, at least m re, one second vortex stream is created inside the first annular stream, providing partial contact of the outer surface layers of the second vortex stream with the inner surface layers of the first annular vortex stream so that the centrifugal forces of the first and second vortex flows are directed in the same direction and set pressure-flow hydrodynamic regime of each of the flows, taking into account the initiation of a general acoustic resonant excitation.
- the problem is also solved by the fact that in the heat and mass energy exchange device containing at least one pressure product chamber, the first and at least one second vortex tubes communicated with each other in the zone of partial intersection, and located at the outlet, combining both vortex tubes, acoustic chamber according to the invention, in the first vortex tube communicated at the inlet with the first pressure chamber, a cylindrical displacer is arranged concentrically to it, forming an annular space with the inner wall of the tube for the formation of the first annular vortex flow, while in the peripheral region of the displacer parallel to its axis at least one second vortex tube is formed, communicated at the inlet with the second pressure chamber, and located so that the surface of the inner wall of the second vortex tube intersects the outer surface annular displacer with the formation of a zone of partial intersection of the first and second vortex tubes.
- the device comprises four second vortex tubes uniformly distributed around the circumference of the cylindrical displacer and communicated by the corresponding tangential nozzles with the second pressure chamber, while the tangential nozzles are oriented to ensure the formation unidirectional and / or oncoming second vortex flows relative to the first vortex stream. It is possible that the second vortex tubes have the same or different diameters.
- the inlet pipes of the first and second pressure product chambers are equipped with pressure-regulating valves.
- the centrifugal forces of the excited flows directed to one side as a result of addition will contribute to more intense excitation of fluids and an increase in the lifetime of the excitation process, as well as the expansion of the spectrum of effective amplitude-frequency characteristics.
- the vortex flows in the first and second resonant tubes differ in their circumferential and linear velocities, and their energy characteristics, determined by different pressure in the pressure chambers, which is established, in particular, by control valves, also differ. This allows you to control the excitation energy in manual or automatic modes.
- Fig. L shows a schematic sectional view of a heat and mass energy exchange device according to the invention
- figure 2 is a section along II-II in figure l, the vortex flows are directed in the opposite direction
- fig.Z - the same as in figure 2, the vortex flows are directed in one direction
- figure 4 is the same as in figure l, a variant of a displacer with horizontal grooves
- figure 5 is the same as in figure l, a variant of a displacer with a spiral groove
- 6 is a combined version of the device according to the invention, with the formation of oncoming and unidirectional vortex flows
- 7 is an embodiment of a device according to the invention with second vortex channels of different diameters.
- the device for implementing the method of heat and mass energy exchange is intended for processing by acoustic excitation of a liquid fluid.
- the device comprises a product pressure chamber 1 having an inlet pipe 2 through which this chamber is connected via a pipe to the supply line 3.
- a pressure regulating valve 4 is installed in the pipe.
- the chamber 1 is bounded on the lower side by a cover 5 into which the pipe 6 is mounted passing through the cavity of the chamber 1 and communicated by the corresponding pipeline into which the pressure regulating valve 7 is mounted, with the supply line 3.
- the cover 5 is mounted on the end of the main vortex tube 8, while m in the wall of the pipe 8, under the cover 5 there are tangential nozzles 9 through which the internal cavity of the pipe 8 is in communication with the pressure chamber 1.
- the pressure chamber 1 is limited by the cover 10.
- a cylindrical displacer 11 is installed concentrically to it, forming with the inner the wall of the pipe 8 annular space 12 for the formation of the first vortex-ring flow.
- at least one, in the described embodiment, four vortex tubes 13 are uniformly distributed around the circumference of the displacer 11.
- a pressure chamber 14 is formed in the upper end of the displacer 11 under the cover 5 and communicates with one pipe b and the other sides by tangential nozzles 15 with corresponding vortex tubes 13.
- Vortex tubes 13 are formed so that the surface of the inner wall of each of these pipes intersects the outer surface of the annular displacer 11 with the formation of zone 16 of the partial intersection of the pipes 13 with the annular space 12 of the pipe 8. Moreover, the size of the zone 16 in the transverse direction is sufficient to initiate acoustic resonance excitation of the contacting flows due to the deformation-shear interaction.
- Axial vortex displacers 17 are installed in the vortex tubes 13.
- a reflecting plate 18 is installed in the path of the outgoing vortices formed in the vortex tubes 13 to form a gap 19 relative to the end of the displacer 11.
- the device is equipped with an acoustic chamber 20 for combining the excited flows of the vortex tubes 8 and 13 and outputting the processed sound stream to use.
- the tangential nozzles 15 are oriented in such a way that the vortex flows generated in the pipes 8 and 13 in the partial intersection zones 16 are directed in the same direction.
- the zones of partial intersection of the pipes 8 and 13 are formed using horizontal annular grooves 21 made on the surface of the displacer 11 and having a depth sufficient to ensure the interaction of the vortex flow in the pipe 8 with the vortex flows in the pipes 13.
- Figure 5 shows a variant of the device, where a similar groove 22 has a spiral shape.
- Figure 6 shows a variant of the device in which the orientation of the tangential channels 15 is selected taking into account the provision in two vortex tubes 13 counter and in two other pipes 13 unidirectional vortex flows relative to the vortex stream formed in the vortex tube 8.
- two vortex tubes 13 ' have a diameter smaller than the other two vortex tubes 13 ".
- the processed fluid enters through the supply line 3, is divided into two streams and is supplied through the corresponding pipelines to the product pressure chambers 1 and 14.
- the set effective pressure and flow parameters for pressure and flow are set .
- the fluid from the pressure chamber 1 through the tangential nozzle 9 enters the annular space 12 of the vortex tube 8, and from the pressure chamber 14 through the tangential nozzle 15 into the vortex tube 13.
- An annular vortex flow is formed in the vortex tube 8, which interacts in the zones 16 intersection of the pipes with the vortex flows formed in the vortex tubes 13.
- the intersection zones 16 in which resonant vortices are formed extend along the entire length of the pipes 13, while in the embodiments of the device according to FIGS. 4 and 5, zones 16 are located only in sections passing annular grooves 21 (figure 4) or a spiral groove 22 (figure 5). Additional possibilities of influencing the vortex formation mode are provided by the use of the device variants shown in Figs. 6 and 7.
- an excitation option is chosen with a combination (Fig. 6) of counter-directed and correspondingly-directed vortex flows or the excitation variant vortex flows formed in vortex tubes 13 'and 13 "(Fig.7) of different diameters.'
- the vortex flows flowing through the pipes 13 are blocked at the outlet by the reflection plate 18, change direction and through the annular gap 19 act on the main vortex-ring flow formed in the pipe 8, creating additional excitation at the outlet in the acoustic chamber 20. From the acoustic chamber 20, the sound-processed combined stream is brought to use.
- the centrifugal forces of the first and second flows are always directed in one direction, regardless of whether these flows are directed in the opposite direction or according to. This allows you to extend the lifetime of the acoustic excitation.
- the pressure regulation in the pressure chambers 1 and 14 with valves 4 and 7 allows you to expand the range of regulation of the cavitation process and the acoustic excitation of the interacting vortex flows due to the difference in the energies of the main vortex-ring flow formed in the pipe 8 and the second vortex flows formed in the pipes 13.
- the choice of the device variant from the number shown in FIG. 7, or combinations thereof, will depend on the rheological properties of the processed fluids or mixtures thereof.
- the heat and mass exchange energy method and the device for its implementation can be successfully used for acoustic (ultrasonic) processing of liquid, gas, gas-liquid mixtures, suspensions and dispersions in mechano-physico-chemical transformation processes. Also, the method can be used to heat water as a coolant.
Abstract
Способ тепломассоэнергообмена
текучих сред
состоит в том,
что формируют
первый вихревой
поток
текучей
среды кольцевой
формы, внутри
него создают,
по меньшей мере,
один второй
вихревой
поток,
обеспечивают
частичное соприкосновение
наружных поверхностных
слоев второго
вихревого
потока
с внутренними
поверхностными
слоями первого
кольцевого
вихревого потока
так,
что при
этом центробежные
силы первого
и второго вихревых
потоков направлены
в одну
и ту же
сторону и устанавливают
напорно-расходный
гидродинамический
режим каждого
из
потоков с
учетом инициирования
общего акустического
резонансного
возбуждения.
Устройство
тепломассоэнергообмена,
содержит
первую
вихревую трубу
(8), сообщенную
с первой напорной
камерой (1), установленный
в
трубе (8) цилиндрический
вытеснитель
(11), образующий
со стенкой трубы
(8) кольцевое
пространство
(12).
В периферийной
области вытеснителя
(11) сформирована,
по меньшей мере,
одна вторая
вихревая
труба
(13), сообщенная
со второй напорной
камерой (14), и расположенная
так, что
поверхность
внутренней
стенки второй
вихревой трубы
(13) пересекает
наружную поверхность
кольцевого
вытеснителя
(11)
с образованием
зоны (16) частичного
пересечения
первой и второй
вихревых труб
(8
и 13).
Description
Способ тепломассоэнергообмена текучих сред и устройство для его осуществления.
Область техники
Изобретение относится к акустическим способам интенсификации тепломассоэнергообмена и более точно касается способа тепломассоэнергообмена текучих сред и устройства для его осуществления.
Предшествующий уровень техники
Известны способы тепломассоэнергообмена при акустическом возбуждении потоков жидких продуктов путем передачи жидкости колебательной энергии с помощью источника механических колебаний, взаимодействующего с жидкостью. Используется этот способ в гидродинамических ультразвуковых излучателях с пластинчатыми и стержневыми резонансными колебательными устройствами, в вихревых и роторно- пульсационных аппаратах.
Известен также способ тепломассоэнергообмена при акустическом возбуждении, инициируемом взаимодействием струйных потоков путем передачи кинетической энергии одного потока другому. Этот способ используется в струйно-вихревых аппаратах (инжекторах, вихревых трубах), в которых происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую с последующим тепломассоэнергообменом взаимодействующих сред. В результате такого взаимодействия возникает резонанс и кавитационный эффект, что сопровождается разрывом связей между молекулами и атомами, при восстановлении которых выделяется энергия в виде тепла. На этом принципе работают теплогенераторы. Кроме того, известен способ нагревания жидкости путем возбуждения в ней акустического резонанса, раскрытый в патенте RU,2232630, опубликованном 20.07.04 . Этот способ основан на обработке жидкости источником механических колебаний на частоте из ряда основных частот, подчиняющихся определенной эмпирической зависимости, и состоит в том, что жидкость подают в полость вращающегося рабочего колеса и выпускают из полости через ряд выходных отверстий в периферийной кольцевой стенке рабочего колеса в кольцевую камеру, а затем, в сборную камеру, при соблюдении определенных соотношений между частотой вращения рабочего колеса, радиуса периферийной стенки и резонансной частотой. Однако этот способ сложен в реализации, требует соблюдения строгой избирательности возбуждения, характеризуется многофакторной зависимостью резонансного возбуждения от геометрических, частотных
параметров и обладает ограниченными возможностями использования для проведения других тепломассоэнергообменных процессов.
Наиболее близким по технической сущности является способ тепломассоэнергообмена текучих сред и устройство для его осуществления, раскрытые в патенте RU, 2268772, опубликованном 27.01.06. Известный способ состоит в том, что формируют, по меньшей мере, два вихревых потока текучих сред, обеспечивают их частичное соприкосновение на глубину, достаточную для инициирования акустического резонансного возбуждения за счет деформационно-сдвигового взаимодействия, после чего возбужденные потоки объединяют и выводят обработанный звуком объединенный поток на использование. Возбуждение потоков осуществляют с помощью устройства, состоящего из двух и более вихревых труб, которые сообщаются между собой посредством частичного пересечения по образующим, благодаря чему обеспечивается соприкосновение встречно-направленных поверхностно наружных слоев сформированных в этих трубах вихревых потоков.
Однако, при осуществлении данного способа, в результате взаимодействия встречно- направленных поверхностно наружных слоев вихревых потоков, в этих потоках возникают противоположно направленные центробежные силы, которые искажают геометрию вихреобразования, следствием чего является уменьшение времени существования процесса вихреобразования и сокращение эффективной полосы спектра амплитудно-частотных характеристик акустического возбуждения. В результате на выходе вихревых труб в вихревых потоках резко падает интенсивность возбуждения. Кроме того, регулирование акустического возбуждения при неизменных диаметрах вихревых труб и сечений тангенциальных сопел возможно только изменением напорно- расходных характеристик потока на входе в напорную камеру, а это приводит к резким изменениям гидродинамических режимов возбуждения, т.е. к уменьшению диапазона регулирования интенсивности эффективного возбуждения и падению производительности.
Сущность изобретения
В основу изобретения поставлена задача создать способ тепломассоэнергообмена текучих сред, который исключал бы'появление сил, приводящих к искажению геометрии вихреобразования, создавал бы условия для увеличения времени существования резонансных вихрей и обеспечения управляемого акустического возбуждения одно- или двухкомпонентных текучих сред типа жидкость-жидкость, жидкость-газ, газ-газ в заданном диапазоне амплитудно-частотных характеристик, а также создать устройство
для осуществления данного способа, которое было бы надежно в работе и удобно в эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что в способе тепломассоэнергообмена текучих сред состоящем в том, что формируют, по меньшей мере, два вихревых потока этих текучих сред, обеспечивают их частичное соприкосновение на глубину, достаточную для инициирования акустического резонансного возбуждения за счет деформационно- сдвигового взаимодействия, после чего возбужденные потоки объединяют и выводят обработанный звуком объединенный поток на использование, согласно изобретению, первый вихревой поток формируют кольцевой формы, по меньшей мере, один второй вихревой поток создают внутри первого кольцевого потока, обеспечивая частичное соприкосновение наружных поверхностных слоев второго вихревого потока с внутренними поверхностными слоями первого кольцевого вихревого потока так, что при этом центробежные силы первого и второго вихревых потоков направлены в одну и ту же сторону и устанавливают напорно-расходный гидродинамический режим каждого из потоков с учетом инициирования общего акустического резонансного возбуждения.
Поставленная задача решается также и тем, что в устройстве тепломассоэнергообмена, содержащем, по меньшей мере, одну напорную продуктовую камеру, первую и, по меньшей мере, одну вторую вихревые трубы, сообщенные между собой в зоне частичного пересечения, и расположенную на выходе, объединяющую обе вихревые трубы, акустическую камеру, согласно изобретению, в первой вихревой трубе, сообщенной на входе с первой напорной камерой, концентрично ей установлен цилиндрический вытеснитель, образующий с внутренней стенкой трубы кольцевое пространство для формирования первого кольцевого вихревого потока, при этом в периферийной области вытеснителя параллельно его оси сформирована, по меньшей мере, одна вторая вихревая труба, сообщенная на входе со второй напорной камерой, и расположенная так, что поверхность внутренней стенки второй вихревой трубы пересекает наружную поверхность кольцевого вытеснителя с образованием зоны частичного пересечения первой и второй вихревых труб.
Целесообразно на выходном торце цилиндрического вытеснителя с зазором относительно него на пути потока второй вихревой трубы установить отражающую пластину.
В предпочтительном варианте выполнения устройство содержит четыре вторые вихревые трубы, равномерно распределенные по окружности цилиндрического вытеснителя и сообщенные соответствующими тангенциальными соплами со второй напорной камерой, при этом тангенциальные сопла ориентированы с обеспечением формирования
однонаправленных и/или встречных вторых вихревых потоков относительно первого вихревого потока. Возможно, чтобы вторые вихревые трубы имели одинаковые или разные диаметры.
Для управления энергетическими параметрами процесса акустического возбуждения входные патрубки первой и второй напорных продуктовых камер снабжены регулирующими давление вентилями.
В результате предложенного расположения вихревых труб центробежные силы наружного кольцевого потока и формируемого внутри него второй вихревой трубой второго вихревого потока всегда направлены в одну сторону , как при встречном, так и при согласном направлении взаимодействующих потоков. Опытным путем установлено, что акустическое резонансное возбуждение зависит от плотности, вязкости, температуры и лиофильности жидкостей, т.е. способности растворяться друг в друге. Эти свойства и определяют качество получаемых в результате обработки эмульсий или смесей - дисперсность, гомогенность, стойкость при хранении. Поэтому существует потребность в возбуждении как встречно-направленных, так и согласно-направленных потоков текучих сред. Однако в любом случае, направленные в одну сторону центробежные силы возбуждаемых потоков в результате сложения будут способствовать более интенсивному возбуждению текучих сред и увеличению времени существования процесса возбуждения, а также расширению спектра эффективных амплитудно-частотных характеристик. Вместе с этим существенным является тот факт, что вихревые потоки в первой и вторых резонансных трубах отличаются их окружными и линейными скоростями, отличаются и их энергетические характеристики, определяемые разным давлением в напорных камерах, которое устанавливается, в частности, регулирующими вентилями. Это позволяет управлять энергетикой возбуждения в ручном или автоматическом режимах.
Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых: фиг.l изображает схематически устройство тепломассоэнергообмена, согласно изобретению, в разрезе; фиг.2 — разрез по II-II на фиг.l, вихревые потоки направлены встречно; фиг.З — то же, что и на фиг.2, вихревые потоки направлены в одну сторону; фиг.4 — то же, что и на фиг.l, вариант вытеснителя с горизонтальными проточками; фиг.5 - то же, что и на фиг.l, вариант вытеснителя со спиральной проточкой;
фиг.6 — комбинированный вариант устройства, согласно изобретению, с формированием и встречных, и однонаправленных вихревых потоков; фиг.7 — вариант выполнения устройства, согласно изобретению со вторыми вихревыми каналами разного диаметра.
Лучшие варианты осуществления изобретения
Устройство для осуществления способа тепломасссоэнергообмена, представленное на фиг.l и 2, предназначено для обработки акустическим возбуждением жидкой текучей среды. Устройство содержит продуктовую напорную камеру 1, имеющую входной патрубок 2, через который эта камера посредством трубопровода соединена с подающей магистралью 3. На входе патрубка 2 в трубопроводе установлен регулирующий давление вентиль 4. С нижней стороны камера 1 ограничена крышкой 5, в которую вмонтирован патрубок 6, проходящий через полость камеры 1 и сообщенный соответствующим трубопроводом, в который вмонтирован регулирующий давление вентиль 7, с подающей магистралью 3. Крышка 5 установлена на торце основной вихревой трубы 8, при этом в стенке трубы 8, под крышкой 5 выполнены тангенциальные сопла 9, через которые внутренняя полость трубы 8 сообщена с напорной камерой 1. Сверху напорная камера 1 ограничена крышкой 10. В основной вихревой трубе 8, концентрично ей установлен цилиндрический вытеснитель 11, образующий с внутренней стенкой трубы 8 кольцевое пространство 12 для формирования первого вихрекольцевого потока. В периферийной области вытеснителя 11 сформирована , по меньшей мере одна, в описываемом варианте четыре равномерно распределенные по окружности вытеснителя 11, вихревых трубы 13. В верхнем торце вытеснителя 11 под крышкой 5 образована напорная камера 14, сообщенная с одной стороны с патрубком б и с другой стороны посредством тангенциальных сопел 15 с соответствующими вихревыми трубами 13. Вихревые трубы 13 сформированы таким образом, что поверхность внутренней стенки каждой из этих труб пересекает наружную поверхность кольцевого вытеснителя 11 с образованием зоны 16 частичного пересечения труб 13 с кольцевым пространством 12 трубы 8. При этом величина зоны 16 в поперечном направлении достаточна для инициирования акустического резонансного возбуждения соприкасающихся потоков за счет деформационно-сдвигового взаимодействия. В вихревых трубах 13 установлены осевихревые вытеснители 17. На нижнем торце вытесителя 11 на пути исходящих вихрей, образуемых в вихревых трубах 13, установлена отражающая пластина 18 с образованием зазора 19 относительно торца вытеснителя 11. На выходе устройство оснащено
акустической камерой 20 для объединения возбужденных потоков вихревых труб 8 и 13 и вывода обработанного звуком объединенного потока на использование.
На фиг.З в отличие от варианта, изображенного на фиг.2 тангенциальные сопла 15 ориентированы таким образом, что вихревые потоки, образующиеся в трубах 8 и 13 в зонах 16 частичного пересечения направлены в одну и ту же сторону.
В варианте устройства, представленном на фиг.4, зоны частичного пересечения труб 8 и 13 образованы с помощью горизонтальных кольцевых проточек 21, выполненных на поверхности вытеснителя 11 и имеющих глубину, достаточную для обеспечения взаимодействия вихревого потока в трубе 8 с вихревыми потоками в трубах 13. На фиг.5 показан вариант устройства, где аналогичная проточка 22 имеет спиральную форму.
На фиг.6 изображен вариант устройства, в котором ориентация тангенциальных каналов 15 выбрана с учетом обеспечения в двух вихревых трубах 13 встречных и в двух других трубах 13 однонаправленных вихревых потоков относительно вихревого потока, образованного в вихревой трубе 8.
В варианте устройства, представленном на фиг.7, в отличие от вышеописанных вариантов устройства, две вихревые трубы 13' имеют диаметр меньший, чем две другие вихревые трубы 13".
Способ тешюмассоэнергообмена текучих сред, согласно изобретению, станет понятным из описания работы устройства, представленного на фиг.1, 2.
Обрабатываемая текучая среда поступает по подающей магистрали 3, делится на два потока и по соответствующим трубопроводам подается в продуктовые напорные камеры 1 и 14. С помощью регулирующих вентилей 4 и 7 в напорных камерах 1 и 14 устанавливают заданные эффективные напорно-расходные параметры по давлению и расходу. Текучая среда из напорной камеры 1 через тангенциальные сопла 9 поступает в кольцевое пространство 12 вихревой трубы 8, а из напорной камеры 14 через тангенциальные сопла 15 в вихревые трубы 13. При этом в вихревой трубе 8 формируется кольцевой вихревой поток, который вступает во взаимодействие в зонах 16 пересечения труб с вихревыми потоками, образованными в вихревых трубах 13. В результате соприкосновения энергоактивных поверхностно наружных слоев потоков, сформированных в трубах 13 с энергоактивными поверхностно внутренними слоями кольцевого вихревого потока, сформированного в трубе 8, происходят сдвиговые деформации потоков, приводящие к возникновению акустического резонансного возбуждения, которое распространяется по всей длине потока по спиралеобразной траектории. Возбуждение резонансных вихрей в зонах 16 пересечения происходит не только в случае взаимодействия встречно-
направленных потоков в хрубах 8 и 13, как это показано на фиг.2, но также и в случае взаимодействия согласно направленных потоков (см.фиг.З) за счет разницы скоростей взаимодействующих потоков, обусловленной различными напорно-расходными гидродинамическими режимами, заданными с помощью соответствующих регулирующих вентилей 4 и 7.
В варианте устройства, представленном на фиг.2, зоны 16 пересечения, в которых происходит образование резонансных вихрей, проходят по всей длине труб 13, в то время как в вариантах устройства, согласно фиг.4 и 5, зоны 16, располагаются только на участках прохождения кольцевых проточек 21 (фиг.4) или спиральной проточки 22 (фиг.5). Дополнительные возможности воздействия на режим вихреобразования дает использование вариантов устройства, изображенных на фиг.6 и 7. В зависимости от реологических свойств обрабатываемой текучей среды выбирают вариант возбуждения с комбинацией (фиг.6) встречно-направленных и согласно-направленных вихревых потоков или вариант возбуждения с вихревыми потоками, сформированными в вихревых трубах 13' и 13" (фиг.7) разного диаметра. '
Вихревые потоки, протекающие по трубам 13, на выходе стопорятся отражающей пластиной 18, изменяют направление и через кольцевой зазор 19 воздействуют на основной вихрекольцевой поток, сформированный в трубе 8, создавая на выходе, в акустической камере 20 дополнительное возбуждение. Из акустической камеры 20 обработанный звуком объединенный поток выводят на использование.
Благодаря тому, что первый вихревой поток формируют кольцевой формы, а взаимодействующие с ним вторые вихревые потоки формируют внутри него, так, что эти вторые потоки частично соприкасаются своими поверхностно наружными слоями с поверхностно внутренними слоями первого кольцевого потока, центробежные силы первого и вторых потоков всегда направлены в одну сторону, независимо от того, направлены эти потоки встречно или согласно. Это позволяет продлить время существования акустического возбуждения. А регулирование давления в напорных камерах 1 и 14 вентилями 4 и 7 позволяет расширить диапазон регулирования кавитационного процесса и акустического возбуждения взаимодействующих вихревых потоков за счет разницы энергий основного вихреколькевого потока формируемого в трубе 8 и вторых вихревых потоков, формируемых в трубах 13.
Поскольку источником возбуждения резонансных вихрей являются сдвиговые деформации, которые существенно зависят от упомянутых выше конструктивных особенностей устройства, выбор варианта устройства из числа представленных на фиг.l -
7 или их комбинации будет зависеть от реологических свойств обрабатываемых текучих сред или их смесей.
Применение способа тепломассообмена и устройства для его осуществления позволяет регулировать мощность акустического воздействия на продукт в заданном диапазоне амплитудно-частотных характеристик, увеличить объем и плотность кавитационного пространства.
Промышленная применимость
Способ тепломассоэнерго обмена и устройство для его осуществления с успехом могут быть использованы для акустической (ультразвуковой) обработки жидких, газовых, газожидкостных смесей, взвесей и дисперсий в механо-физико-химических процессах превращения. Также способ может быть использован для нагрева воды в качестве теплоносителя.
Claims
1.Способ тепломассоэнергообмена текучих сред состоящий в том, что формируют по меньшей мере два вихревых потока этих текучих сред, обеспечивают их частичное соприкосновение на глубину, достаточную для инициирования акустического резонансного возбуждения за счет деформационно-сдвигового взаимодействия, после чего возбужденные потоки объединяют и выводят обработанный звуком объединенный поток на использование, отличающийся тем, что первый вихревой поток формируют кольцевой формы, по меньшей мере, один второй вихревой поток создают внутри первого кольцевого потока, обеспечивают частичное соприкосновение наружных поверхностных слоев второго вихревого потока с внутренними поверхностными слоями первого кольцевого вихревого потока так, что при этом центробежные силы первого и второго вихревых потоков направлены в одну и ту же сторону и устанавливают напорно- расходный гидродинамический режим каждого из потоков с учетом инициирования общего акустического резонансного возбуждения.
2. Устройство тепломассоэнергообмена, содержащее по меньшей мере одну напорную продуктовую камеру (1), первую и по меньшей мере одну вторую вихревые трубы (8, 13) сообщенные между собой в зоне частичного пересечения, и расположенную на выходе, объединяющую обе вихревые трубы (8,13), акустическую камеру (20), отличающееся тем, что в первой вихревой трубе (8), сообщенной на входе с первой напорной камерой (1), концентрично ей установлен цилиндрический вытеснитель (11), образующий с внутренней стенкой трубы (8) кольцевое пространство (12) для формирования первого кольцевого вихревого потока, при этом в периферийной области вытеснителя (11) параллельно его оси сформирована, по меньшей мере, одна вторая вихревая труба (13), сообщенная на входе со второй напорной камерой (14), и расположенная так, что поверхность внутренней стенки второй вихревой трубы (13) пересекает наружную поверхность кольцевого вытеснителя (11) с образованием зоны (16) частичного пересечения первой и второй вихревых труб (8 и 13).
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, на выходном торце цилиндрического вытеснителя (11) с зазором (19) относительно него на пути потока второй вихревой трубы (13) установлена отражающая пластина (18).
4.Уcтpoйcтвo по п.З, отличающееся тем, что содержит четыре вторые вихревые трубы (13), равномерно распределенные по окружности цилиндрического вытеснителя (11) и сообщенные соответствующими тангенциальными соплами (15) со второй напорной камерой (14), при этом тангенциальные сопла (15) ориентированы с обеспечением
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) формирования однонаправленных и/или встречных вторых вихревых потоков относительно первого вихревого потока.
5.Уcтpoйcтвo по п.4, отличающееся тем, что вторые вихревые трубы (13' и 13") имеют разные диаметры. б.Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что входные патрубки (2 и 6) первой и второй напорных продуктовых камер (1 и 14) снабжены регулирующими давление вентилями (4 и 7).
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007129639/06A RU2344356C1 (ru) | 2007-08-02 | 2007-08-02 | Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления |
| RU2007129639 | 2007-08-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2009041854A1 true WO2009041854A1 (ru) | 2009-04-02 |
Family
ID=40376082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2008/000489 WO2009041854A1 (ru) | 2007-08-02 | 2008-07-25 | Способ тепломассоэнергообмена текучих сред и устройство для его осуществления |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2344356C1 (ru) |
| WO (1) | WO2009041854A1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103615820A (zh) * | 2013-12-09 | 2014-03-05 | 中国科学院声学研究所 | 超声加热装置 |
| RU2726488C2 (ru) * | 2018-11-12 | 2020-07-14 | Талатай Василий Алексеевич | Гидростабилизированное топливо, способ его получения и теплоэнергообменный реактор |
| RU206204U1 (ru) * | 2021-06-03 | 2021-08-31 | Игорь Викторович Доронин | Устройство для получения гидростабилизированного топлива |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2462301C1 (ru) * | 2011-03-10 | 2012-09-27 | Овченкова Оксана Анатольевна | Устройство для тепломассоэнергообмена |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4238323A1 (de) * | 1992-11-13 | 1994-05-19 | Abb Research Ltd | Mischer für Gase und/oder Flüssigkeiten |
| RU2125215C1 (ru) * | 1998-03-31 | 1999-01-20 | Лунин Николай Прокопьевич | Теплогенератор |
| RU2177591C1 (ru) * | 2000-12-08 | 2001-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Термовихрь" | Термогенератор |
| AT410591B (de) * | 2001-10-04 | 2003-06-25 | Newtech Innovations & Technolo | Wärmegenerator |
| RU2268772C1 (ru) * | 2004-12-21 | 2006-01-27 | Закрытое Акционерное Общество "Вектор" | Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления |
| RU2287118C1 (ru) * | 2005-10-05 | 2006-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые энергосберегающие технологии" | Способ выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости и устройство для преобразования и выделения энергии в жидких средах |
-
2007
- 2007-08-02 RU RU2007129639/06A patent/RU2344356C1/ru not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-07-25 WO PCT/RU2008/000489 patent/WO2009041854A1/ru active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4238323A1 (de) * | 1992-11-13 | 1994-05-19 | Abb Research Ltd | Mischer für Gase und/oder Flüssigkeiten |
| RU2125215C1 (ru) * | 1998-03-31 | 1999-01-20 | Лунин Николай Прокопьевич | Теплогенератор |
| RU2177591C1 (ru) * | 2000-12-08 | 2001-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Термовихрь" | Термогенератор |
| AT410591B (de) * | 2001-10-04 | 2003-06-25 | Newtech Innovations & Technolo | Wärmegenerator |
| RU2268772C1 (ru) * | 2004-12-21 | 2006-01-27 | Закрытое Акционерное Общество "Вектор" | Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления |
| RU2287118C1 (ru) * | 2005-10-05 | 2006-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Новые энергосберегающие технологии" | Способ выделения энергии посредством вращательно-поступательного движения жидкости и устройство для преобразования и выделения энергии в жидких средах |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103615820A (zh) * | 2013-12-09 | 2014-03-05 | 中国科学院声学研究所 | 超声加热装置 |
| CN103615820B (zh) * | 2013-12-09 | 2015-06-03 | 中国科学院声学研究所 | 超声加热装置 |
| RU2726488C2 (ru) * | 2018-11-12 | 2020-07-14 | Талатай Василий Алексеевич | Гидростабилизированное топливо, способ его получения и теплоэнергообменный реактор |
| RU206204U1 (ru) * | 2021-06-03 | 2021-08-31 | Игорь Викторович Доронин | Устройство для получения гидростабилизированного топлива |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2344356C1 (ru) | 2009-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2010051050A1 (en) | Cavitation generator | |
| RU2553861C1 (ru) | Гидродинамический смеситель | |
| WO2006068537A1 (fr) | Procede d'echange de chaleur-masse-energie et dispositif de mise en oeuvre de ce procede | |
| WO2009041854A1 (ru) | Способ тепломассоэнергообмена текучих сред и устройство для его осуществления | |
| RU2752504C2 (ru) | Способ и устройство для нагрева и очистки жидкостей | |
| US9752082B2 (en) | Treatment process and apparatus for reducing high viscosity in petroleum products, derivatives, and hydrocarbon emulsions, and the like | |
| JP2012228666A (ja) | マイクロ流路閉塞防止装置およびそれを用いた方法 | |
| US20120236678A1 (en) | Compact flow-through nanocavitation mixer apparatus with chamber-in-chamber design for advanced heat exchange | |
| RU2310503C1 (ru) | Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления | |
| RU2350856C1 (ru) | Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления | |
| RU2462301C1 (ru) | Устройство для тепломассоэнергообмена | |
| RU2392046C2 (ru) | Устройство деструкции углеводородов и его применение | |
| RU134076U1 (ru) | Устройство для тепломассоэнергообмена | |
| RU2336123C1 (ru) | Пластинчатый многоканальный кавитационный реактор | |
| RU2267364C1 (ru) | Способ генерирования колебаний жидкостного потока и гидродинамический генератор колебаний | |
| RU2773961C1 (ru) | Смеситель развитой гидродинамической кавитации | |
| RU2371642C1 (ru) | Способ и устройство вихревого энергоразделения потока рабочего тела | |
| RU54816U1 (ru) | Устройство приготовления водно-мазутной эмульсии | |
| RU2213914C1 (ru) | Способ вихревого энергоразделения потока и устройство, его реализующее | |
| RU2304261C1 (ru) | Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления | |
| RU2503896C2 (ru) | Устройство для нагрева жидкости | |
| RU2618078C1 (ru) | Гидродинамический смеситель | |
| US10233097B2 (en) | Liquid treatment apparatus with ring vortex processor and method of using same | |
| RU2248252C1 (ru) | Универсальный гидродинамический гомогенизирующий диспергатор | |
| RU2227878C1 (ru) | Способ вихревого энергоразделения потока и устройство, его реализующее |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 08834514 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 08834514 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |