Aparate Ranque Efect
efect Ranque de la început a atras inventatori aparenta simplitate de realizare tehnică - de fapt, cea mai simpla implementare a tubului vortex este o bucată de țeavă este de obicei, în cazul în care pe de o parte în tangențial alimentat fluxul de alimentare, iar pe partea opusă capătului o deschidere circulară, și a găurii sale interioare refrigerată părăsește o parte din fluxul și din spațiul liber dintre marginea exterioară a diafragmei și suprafața interioară a tubului - aceasta parte fierbinte. Cu toate acestea, în realitate, nu este atât de simplu - pentru a realiza separarea efectivă nu reușește întotdeauna, și eficiența unor astfel de sisteme este de obicei semnificativ inferioare pe scară largă pompe de căldură compresor. Mai mult, parametrii trebuie instalat în mod normal pe efectul Ranque proiectat pentru o putere și viteză specifică determinată de viteza de curgere a materialului de pornire, iar când parametrii de intrare se abat de la valorile optime, randamentul tubului vortex se deteriorează în mod semnificativ. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că capacitatea unor plante de a inspira respect efect Ranque - de exemplu, o răcire înregistrare, care a fost realizat în același stadiu, este mai mare de 200 ° C!
Cu toate acestea, având în vedere climatul nostru, un interes mult mai mare este utilizarea efectului Ranque pentru încălzire, dar în același timp, aș dori, de asemenea, nu pentru a merge dincolo de „improvizat“.
Esența efectului Ranque
Atunci când se deplasează flux de gaz sau de lichid prin conducta se rotește lin la peretele său exterior o zonă de presiune și temperatură înaltă, iar la interior (sau la centrul cavității, în cazul în care gazul este ondulată pe suprafața vasului cilindric) - regiunea de temperatură și presiune joasă. Acesta este un fenomen destul de bine cunoscut numit efect Ranque numit descoperit în 1931, inginerul francez Joseph Ranque (GJRanque, uneori scris „Ranke“), sau efectul Ranque-Hilsh (german Robert Hilsh a continuat studiul acestui efect în a doua jumătate a anului 1940 ani și îmbunătățit eficiența tubului vortex Ranque). Construcții care utilizează efectul Ranque, constituie un fel de pompe de căldură. energie pentru funcționarea care este preluată din compresor, generând un flux de agent de lucru pentru conducta de admisie.
Paradoxul constă în efectul Ranque că forța centrifugă într-un flux de rotație îndreptată spre exterior. Este cunoscut faptul că gazul cald sau straturi de lichid au o densitate mai mică, și ar trebui să fie ridicat, iar în cazul tsetrobezhnyh forțelor - se străduiesc spre centru, mai rece și au o densitate mai mare, respectiv, trebuie să tindă spre periferie. Între timp, într-o viteză mare care se rotește, totul se întâmplă exact contrariul!
efect Ranque se manifesta ca flux de gaz și a fluxului de lichid, care, după cum se știe, este în mod substanțial incompresibil și, prin urmare, factorul de compresie adiabatică / expansiune nu este aplicabil. Cu toate acestea, în cazul efectului Ranque lichide în mod normal este semnificativ mai slabă - probabil, din acest motiv, și o foarte mică medie cale liberă a particulelor complică manifestarea acesteia. Dar este adevărat, dacă rămânem în teoria tradițională moleculare-cinetice, iar la efectul poate fi destul de diferite motive.
În opinia mea, în momentul în care cea mai completă și fiabilă descrierea științifică a efectului Ranque este prezentată în articolul A.F.Gutsola (în format pdf). Surprinzător, în baza concluziilor sale privind esența fenomenului sunt de acord cu cele obținute de noi „pe degete“. Din păcate, ea nu ține seama de primul factor (compresia adiabatică a gazului în raza exterioară și extinzându-se din interior), care, în opinia mea, foarte important atunci când se utilizează un gaz compresibil, cu toate acestea, ea acționează numai în interiorul dispozitivului. Un al doilea factor A.F.Gutsol numește „separarea microvolumes rapid și lent“.
Explicația modernă a efectului Ranque
În prezent, explicația cea mai general acceptată a efectului Ranque este după cum urmează.
Este cunoscut faptul că, dacă temperatura măsurată a unui mișcare (de exemplu, un tub) flux două termometre, ele arată o temperatură diferită, dacă una dintre ele este fix în raport cu debitul (adică, se deplasează cu ea), iar celălalt este montat în țeavă. Temperatura măsurată cu termometru montat în țeava care urmează să fie conectată la temperatura măsurată cu termometru, se deplasează împreună cu fluxul, după cum urmează:
unde T0 - temperatura masurata prin tubul de termometru încorporat, „temperatura de stagnare“; T - „proprii“ temperatura de curgere măsurată cu un termometru, se deplasează împreună cu ea, „temperatura statică“; v - viteza de curgere prin tubul; cp - căldura specifică a fluxului de substanță.
Astfel, vedem că temperatura de frânare măsurată cu termometru fix, la una și aceeași temperatură statică privată a fluxului va depinde de rata sa. Dacă opriți tot gazul pe o astfel de termometru, atunci toate temperatura crește la această valoare - energia cinetică este transformată în căldură. Acest fenomen determină încălzirea marginile frontale ale aripii au aeronave de mare viteză (în special supersonica) și arderea într-o atmosferă de meteoriți și sfârșitul perioadei lor de nave spațiale.
Se presupune că în apropierea orificiului de evacuare și viteza unghiulară a fluxurilor reci și calde sunt egale, adică întregul vortex se rotește ca un corp solid ( „kvazitvordy“ vortex). În aceste condiții, la diferite raze ale gazului tubului vortex are o viteză lineară diferită, respectiv, și are temperatură termodinamică diferite. Prin amestecare turbulentă eficientă în interiorul tubului vortex tinde să se egalizeze temperatura, motiv pentru care există o redistribuire și proprie ( „termostatic“) temperaturile diferitelor părți ale fluxului de gaz, care devine evident atunci când gazul este evacuat din tubul vortex.
Din păcate, această explicație nu este satisfăcătoare. În primul rând, acesta este un „pur matematic“, iar dacă vom încerca să-l umple cu esența fizică, vom ajunge la același „separarea microvolumes rapid și lent“. În al doilea rând, nu este clar, de ce este temperatura de stagnare în întreaga secțiune transversală a tubului vortex a priori ia la fel? O luând ca bază ipoteza schimbului de energie între diferite părți ale fluxului, trebuie să vină la distribuția temperaturii inverse. De fapt, straturile exterioare au cea mai mare viteză lineară și deci cea mai mare temperatura de stagnare. Prin urmare, ele sunt de energie trebuie să curgă pentru a muta încet frunzele centrale, ridicând temperatura lor proprie. Astfel, la mijloc ar trebui să iasă gaz fierbinte și din fantele periferice - reci, ceea ce contrazice în mod direct faptele observate. Prin urmare, aceasta susține că se deplasează rapid o la periferia gazului care intră în rezultatul mișcării turbulente a centrului, nu este inhibată și își pierde energia cinetică. Dar, apoi, din nou, în cazul în care poate scăpa de această energie? Numai în căldură, și apoi, din nou, în mijlocul temperaturii ar trebui să crească. În cele din urmă, există dovezi că vortexul în interiorul tubului Ranka nu kvazitvordy, și mai mult, partea centrală poate fi rotit în direcția opusă, și, în acest caz, toate această teorie nu corespunde practica. În general, înainte de a construi teoria, practica de măsurare este nevoie de cel puțin viteza și direcția la raze diferite și la distanțe diferite de diafragma.
Alte explicații ale efectului Ranque
Destul de ciudat, efectul poate fi explicată prin rangul și folosind abordări mecaniciste mai simple ale gazului ideal conținut în considerare de rotație a fluxului gazului ideal.
Dacă într-o astfel de explicație mecanicistă pentru un grăunte de adevăr, acesta va fi eficient următoarele sfaturi pentru optimizarea dispozitivelor cu efect Ranque.
- Pentru separarea mai eficientă ar trebui să prevină fie puternic apariția de turbulențe, amestecarea are straturi separate. Prin urmare, următoarele cerințe pentru netezimea suprafețelor interioare ale dispozitivelor laminar și necesitatea de a fluxului de intrare.
- flux de lucru nu ar trebui să facă prea multe revoluții: aproape tot ceea ce se produce o separare pe primul viraj, iar mișcarea în continuare va duce doar la pierderi inutile din cauza frecării și a crește Aero / rezistența hidrodinamică, obstrucționând activitatea turbocompresorul. Cu toate acestea, densitatea de curent mai mare, cu atât mai dificil va fi de a merge separarea și mai viteza va trebui să fie făcut.
- În cele mai multe efecte Ranque ar trebui să manifeste un gaz rarefiat, ale cărui proprietăți sunt apropiate de proprietățile ideale de gaz. Odată cu creșterea densității gazului și, în special atunci când se utilizează fluide reducând drumul liber a particulelor și creșterea vâscozității mediului devine factor important, împreună cu turbulența înrăutăți separarea termică a fluxului de alimentare.
- Debitul optim trebuie să fie proporțională cu rata de mișcare termică a particulelor (așa cum este cunoscut, această viteză a gazului este aproape de viteza sunetului). Viteza prea mare va conduce la faptul că toate particulele vor fi aruncate pe peretele exterior, iar peretele interior este format dintr-o regiune de vacuum inutil, în timp ce prea mică agrava separarea particulelor în funcție de vitezele lor. Cu toate acestea, în realitate, consumul de energie pentru accelerare la o viteză de curgere a sunetului poate fi mai puțin favorabil decât pentru același număr de căldură / frig cu viteză mai mică, dar debit mare.
Există și alte opțiuni.
Iată încă un demn de atenție este explicația efectului Ranque din G.V.Treschalova. cu toate acestea, este construit pe ipoteza distribuției Maxwell a vitezelor moleculare în cadrul teoriei moleculare cinetice a gazelor.
Schema clasică de tuburi vortex pentru a efectua Ranka
Aparatele clasice care utilizează efectul Ranque sunt tubul vortex. care se bazează pe două scheme de bază: echicurent și contracurent.
scheme uniFLOW clasice (a) și contracurent (b) a tuburilor vortex asupra efectului Ranque. 1 - neted tub cilindric, 2 - un orificiu de admisie a gazului (swirler tangențial sau de tip melc), 3 - înece 4 - ieșire gaz fierbinte printr-o fantă inelară 5 - diafragmă de ieșire de gaz rece.
Sursa: A.F.Gutsol. „The Ranque efect» (pdf).
Trebuie remarcat faptul că, în cele mai multe cazuri, tuburile designeri turbion nu acordă multă atenție flux laminar ca intrare și în interiorul instalației, iar unele dintre ele, din cauza lipsei de teorii recunoscute universal a acestui fenomen, dimpotrivă, cred că creșterea turbulenței va contribui la creșterea eficienței procesului . Cu toate acestea, cred că acordând o atenție serioasă pentru îmbunătățirea curgerii laminare a fluidului de lucru, este posibil să se reducă zgomotul și de a îmbunătăți eficiența. În cazul în care ipoteza este adevărată Yu.Oganesyana. fluxul de intrare trebuie să fie, de asemenea, laminar cât mai mult posibil.
instalație de încălzire Vortex
Desigur, încercările de a utiliza efectul Ranque nu numai pentru răcire ci și pentru preprinimalis de încălzire în mod repetat. Mai mult decât atât, unele probe sunt produse în masă, inclusiv în țara noastră.
Destul de ciudat, cel mai răspândit în construcția efectului Ranque lichid. Evident, acest lucru se datorează conținutului ridicat de energie mai puțin lichid de răcire zgomot și performanțele lor în comparație cu gazele, fluidul de lucru din cauza viteze mai mici. Planta cea mai cunoscută din această clasă este YUSMAR. Din păcate, trebuie remarcat faptul că aproape toate dintre ele sunt destinate pentru aplicații industriale sau semi-industriale, după cum reiese din cel puțin un consum de energie, care este de obicei câteva kilowați a modelelor „junior“ și zeci de kilowați au „senior“. eficiența producătorului Spus (adică raportul dintre căldura generată la energia electrică consumată) pentru diferitele tipuri de unități încadrează între 1,2 2.4, cu exact cum măsurat - în majoritatea cazurilor, necunoscute. Se remarcă faptul că pentru pompa compresor de căldură (cum ar fi frigidere și aparatele de aer condiționat) sunt în general caracterizate prin raportul pompat căldură pentru energia electrică consumată în intervalul de la 2 la 3.
În același timp, pe Internet și există o mulțime de comentarii negative și rapoarte de încercare, în cazul în care se spune că eficiența unităților vortex de mai puțin de 100%, iar producția de căldură nu depășește puterea consumată. Trebuie remarcat faptul că există în mod fundamental importantă este abordarea unor astfel de instalații. Dacă le considerăm ca un fel de „mișcare perpetuă“ supraunitar cu eficiență, atunci această configurație ar trebui să fie plasat în întregime într-o singură cameră, iar pentru a măsura temperatura întregului sistem - ar trebui să dea mai multă căldură decât electricitatea uzat. Dacă noi le considerăm ca o pompă de căldură. este necesar să se împartă zona de selecție și producția de energie termică și se măsoară eficiența acesteia de pompare sale - pentru că dacă încercați să evalueze eficiența, să zicem, un frigider convențional, măsurarea cu temperatura în bucătărie, în cazul în care el stă, va fi prostie evidentă.
În cele din urmă, permiteți-mi să spun că, probabil, unele modele similare, percepute în exterior ca un turbion, de fapt, utilizarea principii foarte diferite, și filarea sau învolburat de mișcare în ele sunt importante, dar SIDA. Un exemplu frapant al unui astfel de dispozitiv, în opinia mea, este motorul Clem. ♦