Tubi a vortice. Schema, descrizione

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Tubi a vortice. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Il funzionamento del tubo a vortice si basa sul cosiddetto. Effetto Rank-Hilsch (1933). Il tubo a vortice è un dispositivo gas-dinamico con ingresso gas tangenziale, fig. 2.3.1.

Tubi a vortice
Fig.2.3.1. Schema di un tubo a vortice.

Come è noto, nei flussi di gas viscosi vorticosi, in presenza di un gradiente di velocità trasversale, le superfici di corrente interagiscono tra loro per la presenza di forze viscose tangenziali. Il lavoro speso per superare queste forze viene convertito in calore. In questo caso getti diversi possono avere diverse riserve di energia totale

La presenza di un gradiente di temperatura nel flusso determina lo scambio termico tra gli strati di gas. Tuttavia, un grande contributo alla ridistribuzione dell'energia totale appartiene al meccanismo di trasferimento turbolento.

Il tubo vortice è costituito da un corpo realizzato sotto forma di un tubo cilindrico o diffusore con un diametro della sezione iniziale e lunghezza , posizionati tangenzialmente rispetto al corpo degli ugelli di ingresso con zona di passaggio , diaframmi con foro diam , situato vicino all'ingresso dell'ugello, e una valvola di controllo conica all'estremità dell'alloggiamento opposta al diaframma.

L'intensità della separazione energetica dei gas in un tubo a vortice è solitamente stimata dalla dipendenza delle temperature del gas in eccesso и dalla quota del flusso raffreddato . In questo caso,

dove - temperatura di stagnazione all'ingresso del tubo vortice, all'uscita rispettivamente dei flussi raffreddati e caldi;

и - portate di massa dei flussi di gas iniziale e raffreddato, rispettivamente.

Tubi a vortice
Fig.2.3.2. La temperatura del gas all'uscita del TV.

Tipiche dipendenze sperimentali di grandezze и sulla portata relativa del flusso freddo sono mostrati nella Figura 2.3.2.(195).

Di solito ogni coppia di curve corrispondono a determinate condizioni per condurre esperimenti: il rapporto tra le pressioni del gas all'ingresso del tubo a vortice e l'uscita del flusso raffreddato dal diaframma , temperatura del gas all'ingresso del tubo a vortice , area adimensionale degli ugelli di ingresso др и.

L'effetto della separazione di energia del gas è indissolubilmente legato al riarrangiamento del moto turbolento smorzato del vortice e si verifica in una regione di flusso piuttosto estesa che si estende dall'ingresso dell'ugello ad una distanza da una a diverse decine di diametri del tubo del vortice. Se la regione è lunga, i fenomeni che si verificano in essa non saranno determinati dalla struttura dettagliata del flusso all'ingresso del tubo vortice e dovrebbero dipendere dalle variabili che caratterizzano il flusso nel suo complesso. quelli. da valori integrali, come la portata massica del gas che entra nel tubo , flusso di quantità di moto nella direzione dell'asse del tubo , il flusso di energia e la portata massica del gas freddo prelevato attraverso l'apertura del diaframma . A queste caratteristiche integrali è necessario aggiungere una dimensione caratteristica: il diametro del tubo .

Va notato che il flusso di gas nel tubo a vortice è un flusso turbolento sviluppato. Si può presumere che la turbolenza eccitata dai getti uscenti dagli ugelli di ingresso del tubo vorticoso abbia un livello elevato superiore al livello di turbolenza generato nello strato limite sulle pareti del tubo nell'intera regione di separazione energetica.

Il valore di esercizio della pressione all'ingresso del tubo vortex può variare entro ampi limiti; secondo i dati disponibili, il tubo a vortice funziona stabilmente ad una pressione di ingresso totale di 0,5-0,7 MPa, sono noti esperimenti con il passaggio di gas con una pressione fino a 25 MPa attraverso il VT. La temperatura dei flussi caldi e freddi dipende dalla temperatura iniziale del gas all'ingresso; la figura dà un'idea della differenza di temperatura nei flussi; questa differenza di solito persiste. Le perdite di energia nel WT sono associate all'attrito del flusso di gas ad alta velocità contro le pareti.

Pertanto, il tubo a vortice è uno strumento molto conveniente per ottenere flussi di gas ad alta temperatura (+60, +800С) e bassa temperatura (-20, -400С), che possono essere utilizzati per scopi di riscaldamento e refrigerazione.

Attualmente, la tecnologia vortex è ampiamente introdotta nell'industria: valvole di controllo vortex nei sistemi di controllo della spinta dei motori a razzo, raffreddatori vortex, sistemi di pulizia vortex, disidratazione del gas nell'industria del gas, sistemi di trattamento del gas vortex per le esigenze dell'automazione pneumatica e del gas.

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