|
Простота конструкции, надежность и долговечность вихревых аппаратов являются теми качествами, которые определили область применения вихревого эффекта
в технике. Однако низкий КПД существенно ограничивает область их рационального применения. В связи с этим поиск путей повышения эффективности — одна из главных задач почти всех исследовательских и опытно — конструкторских работ. Большое число экспериментальных исследований проведено для выявления рациональных геометрических соотношений вихревых труб, предназначенных для получения охлажденного воздуха. Результаты зтихі исследований используют при проектировании вихревых труб (см. гл. 2). Рассмотрим лишь те работы, цель которых состояла в поиске методов воздействия на процессы в камере) разделения, отличающихся от изложенных в работах Ж. Ранка.
Одно из первых и наиболее плодотворных предложений сделал А. П., Меркулов в середине 50-х годов.. Оно заключается в искусственном торможении вихревого потока на нагретом конце камеры разделения, которое, по гипотезе А. П. Меркулова, создает благоприятные условия для формирования приосевого потока, направленного к диафрагме, и, следовательно, позволяет, уменьшить длину камеры разделения. Кроме того, торможение увеличивает радиальный градиент тангенциальных составляющих скоростей в зоне интенсивного энергообмена между закрученными потоками, т. е. приводит к повышению КПД.
Этот способ повышения, эффективности реализован в конструкции, показанной на рис. 13. На нагретом конце камеры разделения 1 установлена крестовина 8. Часть заторможенного потока формирует у торца кре-
7 Рис. 13. Вихревая труба: 1 — камера разделения; 2 — корпус; 3 — улитка; 4 — диафрагма; 5 — гайка? 6 —сопло; 7 — регулировочная игла; в —крестовина 5 « |
Рис. 14. Характеристики крестовины вихревой трубы с различными развихрителямк
Стовины приосевой поток, который при движении в сторону диафрагмы 4 взаимодействует с периферийным закрученным потоком и охлаждается. Вторая часть нагретого потока покидает камеру разделения, вытекая через дроссель, регулируемый иглой 7. Экспериментальные исследования полностью подтвердили гипотезу. Установка крестовины позволила в 3—5 раз уменьшить длину цилиндрической камеры разделения. Одновременно зафиксировано повышение КПД вихревых труб с крестовинами.
В дальнейшем устройства, предназначенные для торможения закрученного потока, стали называть раз — вихрителями. Предложенная А. П. Меркуловым крестовина является наиболее простым конструктивным решением развихрителя.
|
Влияние формы развихрителя исследовано В. А. Высочиным и В. А. Сафоновым [7]. Эксперименты проведены на аппарате с цилиндрической камерой разделения диаметром Do = 55 мм и длиной L=14Do. Испытаны аппараты без развихрителя (рис. 14, кривая 1) и ■с тремя конструкциями развихрителей при одинаковой длине лопаток крестовины, равной 0,95Do — Установка в камере разделения развихрителя с цилиндрическим центральным телом диаметром d = 0,38Do привела к существенному повышению эффективности процесса (кривая 2).] При замене цилиндрического центрального тела коническим сток воздуха из периферийного потока превышал необходимый для формирования приосевого потока при (г<0,6. В результате уменьшился радиальный градиент давлений в камере и снизилась эффективность температурного разделения (кривая 3). Другая конструкция развихрителя отличалась от предыдущей тем, что на торце крестовины была установлена прямо
угольная пластина в виде квадрата со стороной, равной 0,36Д). На вихревой трубе такой конструкции достигнут наибольший эффект разделения (кривая 4). Возможно, это объясняется уменьшением стока заторможенного воздуха и пульсациями при обтекании газом прямоугольной пластины.
Приведенные материалы не позволяют сформулировать достаточно четкие рекомендации по выбору конструкции развихрителя и не дают полной информации? о связи геометрических размеров развихрителя с режимными параметрами, формой и размерами камеры разделения. Ценность этих материалов заключается прежде всего в том, что они наглядно иллюстрируют важность поиска рациональной конструкции развихрителя. С одной стороны, увеличение стока газа приводит к смещению границы между периферийным и приосевым потоками в сторону больших радиусов, повышает эффективность турбулентного взаимодействия между потоками. С другой стороны, оно уменьшает перепад давлений, необходимый для увеличения скорости движения газа в камере разделения, т. е. сокращает потенциальные возможности протекания процесса разделения. В связи с этим выбор рациональной конструкции развихрителя сопряжен с поиском компромиссного решения, учитывающего влияние обоих факторов. Пока недостаточно изучена роль пульсаций, возникающих в развих — рителе. Не исключено, что генерация колебаний в определенном диапазоне частот является главным фактором повышения эффективности процесса.
Второй шаг на пути повышения эффективности работы вихревой трубы сделан Гендалом в 1959 г. Он запатентовал камеру разделения в виде усеченного конуса с расширением в сторону дросселя. Результаты проведенных им экспериментов показали, что применение конуса повышает КПД вихревого воздухоохладителя в 1,2 раза. В последующие годы проведены многочисленные экспериментальные исследования труб с коническими камерами разделения. На базе этих исследований по выбору рациональной геометрии получены рекомендации, которые будут подробно рассмотрены в гл. 2. Здесь остановимся лишь на принципиальной стороне вопроса. ! Из материалов, приведенных в п. 1.1 (см. рис. 6 и 7), следует, что в конической камере разделения созданы более благоприятные условия для форми-
Рования приосевого потока. Благодаря этому удается уменьшить длину камеры в 1,5—2 раза по сравнению с цилиндрической. В то же время кривые распределения скоростей свидетельствуют о более интенсивном энергообмене между приосевым и периферийными потоками в присопловой зоне. Это является одной из основных причин увеличенных значений КПД труб с коническими камерами разделения. Возможно, увеличению КПД способствовало уменьшение доли кинетической энергии, теряемой из-за трения газа о стенки камеры.
|
Рассмотренные способы повышения эффективности широко используют в современных конструкциях. Наиболее часто начальный участок камеры разделения выполняют в виде конуса, а конечный — в виде цилиндра. В конце камеры разделения устанавливают развихри — тель. Такие конструкции можно назвать типичными. В качестве примера использования этих способов в более сложных конструкциях рассмотрим трубу Парулейкара (рис. 15). Камера разделения 1 имеет три участка: первый у сопла конический, второй — цилиндрический и третий — конический. , Первые два участка — обычные для наиболее распространенных современных конструкций. Отличительным признаком анализируемой конструкции является наличие третьего участка с увеличенной конусностью. Нагретый конец камеры разделения сопрягается с развихрителем 9, который выполнен в виде не крестовины, а канала прямоугольного сечения. Третье отличие от обычных конструкций — выполнение патрубка 8 вывода нагретого потока под углом 90° к
|
Рнс. 15. Труба Парулейкара:
1 — камера разделения; 2 — конфузор; 3 — сопло; 4 — диффузор; 5 — патрубок ввода сжатого воздуха; 6 — соединительная гайка; 7 — игольчатый вентиль; 8 — патрубок вывода потока; 9 — развнхрнтель
Оси камеры разделения. Суммарное воздействие на процесс указанных конструктивных изменений аналогично получаемому в развихрителях, выполненных в виде крестовины.
Конструктивными новшествами трубы являются также внутренняя коническая поверхность сопла 3 и установка конфузора 2 между соплом и камерой разделения. Для полезного использования кинетической энергии охлажденного потока использован диффузор 4— элемент, часто встречающийся в других конструкциях. При испытании трубы Парулейкара зафиксировано наиболее высокое значение коэффициента температурной эффективности т}т = 0,7. Так, при степени расширения 8 = 9 температурный перепад ДГХ = 87 К. В публикуемых материалах нет оценки каждого конструктивного изменения в отдельности.
Третий метод повышения эффективности заключается в отводе теплоты от стенок камеры. Первая работа в этом направлении выполнена Е. Н. Оттеном в 1957 г.—- исследование конической вихревой трубы с охлаждаемыми стенками. Наиболее глубокие исследования влияния охлаждения на процесс энергетического разделения проведены В. М. Бродянским и А. В. Мартыновым [15]. Стенки охлаждали водой. Давление сжатого воздуха перед соплом изменялось от 0,4 до 0,58 МПа. Установлено, что коэффициент теплоотдачи от газа к стенке изменяется от 1100 Вт/(м2’К) в начальных сечениях до 250 Вт/ /(м2’К) на нагретом конце охлаждаемого участка камеры разделения. Зона наиболее интенсивного теплообмена совпадает с зоной повышенных значений разности температур газа и стенки. В результате 40—50% полученной водой теплоты передается через часть стенки камеры, составляющую 20% всей охлаждаемой поверхности. Отсюда следует, что увеличением длины охлаждаемой камеры разделения нельзя существенно увеличить количество теплоты, отводимой от газа к охлаждающей Среде.
Сравнением характеристик охлаждаемых и неохлаж — даемых вихревых труб авторы работы [15] установили, что различие их КПД возрастает с увеличением р. Это обстоятельство они объясняют с позиции гипотезы конвективного теплообмена. В экспериментах с увеличением р. возрастала разность температур газа и стенки на начальном участке камеры разделения. В рамках этой ги-
Потезы трудно объяснить тот факт, что КПД всегда максимален при |Л<1. Значение охлаждения можно правильно оценить, используя гипотезу взаимодействия вихрей. С увеличением |х уменьшается толщина периферийного потока. Во всех случаях это сопровождается увеличением коэффициента теплоотдачи от газа к стенке. В неох — лаждаемых трубах увеличение |х сопровождается ростом температуры газа в периферийном слое по всей длине камеры разделения. Это вызвано увеличением энергии, передаваемой от приосевого потока к периферийному. Охлаждение стенок практически не вызывает изменения температуры газа в периферийном слое соплового сечения. Периферийный поток получает энергию от приосевого и отдает ее охлаждающей среде. Приосевой поток движется навстречу периферийному. При движении частица газа приосевого потока вначале взаимодействует с наиболее охлажденным газом периферийного потока, потом — с наименее охлажденным, т. е, охлаждение стенок сопровождается уменьшением энергии, передаваемой от приосевого потока к периферийному.
Различие температур газа у стенок! охлаждаемой и Неохлаждаемой камер разделения объясняется отводом теплоты через стенку и уменьшением энергии, подводимой от приосевого потока. Напомним, что энергообмен наиболее интенсивен в сечениях, близких к сопловому, где периферийный поток не успевает охладиться за счет отвода теплоты через стенку в охлаждающую среду. Основные изменения температурного режима происходят только из-за того, что приосевой поток формируется из газа, охлажденного в периферийном потоке в удаленных от сопла сечениях. При небольших значениях jj, мал расход газа в приосевом потоке. В связи с этим пониженная температура последнего не приводит к заметному изменению поля температур в близких к соплу сечениях, т. е. при малых |х охлаждение стенок камеры не может привести к существенному снижению температуры охлажденного потока.
С увеличением |х до некоторого предела растет влияние охлаждения на поле температур вблизи соплового сечения. Затем влияние охлаждения начинает уменьшаться; это объясняется тем, что увеличивается доля газа, поступающего из периферийного потока в приосевой на участках, близких к соплу. В результате повышается среднемассовая температура приосевого потока.
Следовательно, при любой эффективности охлаждения стенки камеры КПД всегда максимален при |х<1. По этой же причине длину камеры разделения рационально увеличивать до определенного предела. Для подтверждения этого на рис. 16 показано изменение разностей между термодинамическими температурами периферийного и приосевого потоков и начальной температурой сжатого газа по длине камеры разделения с охлаждением и без охлаждения стенок [15]. Если для охлаждения используют воздух, то обычно оребряют наружную поверхность стенки камеры. Для интенсификации теплообмена применяют обдув от постороннего источника или от эжектора, в котором используют избыточное давление нагретого потока. Проводят различные исследования, направленные на интенсификацию теплообмена с внутренней поверхностью стенки камеры разделения. При этом улучшают циркуляцию периферийного потока на нагретом конце, иногда оребряют внутреннюю поверхность стенок. Наиболее интересные конструктивные решения охлаждения приведены далее при анализе конструкций вихревых аппаратов.
Известны работы, в которых предложено охлаждать камеру разделения за счет испарения подаваемой в нее жидкости. В этом случае можно многократно увеличи
вать тепловой поток от газа к охлаждающей среде, но не получить положительного эффекта. Последнее объясняется тем, что пары жидкости из периферийного потока перетекают вместе} с газом в приосевой. При охлаждении пары конденсируются, что приводит к уменьшению ДГх, т. е. существует оптимальный расход жидкости, впрыскиваемой или нагнетаемой чере3( поры в камеру разделения. Если расход больше оптимального, то отрицательное воздействие конденсации паров в при- осевом потоке превалирует над положительным эффектом от снижения температуры в периферийном потоке. Рассматриваемый способ охлаждения рационально применять лишь в редких случаях.
Для повышения эффективности вихревых труб А. П. Меркулов и Ш. А. Пиралишвили в 1969 г. предложили вводить в камеру разделения дополнительный поток сжатого воздуха от постороннего источника. А. И. Гуляев использовал ввод дополнительного потока для доказательства справедливости гипотезы конвективного теплообмена, а А. П. Меркулов и Ш. А. Пиралишвили рассматривали этот метод с позиций гипотезы взаимодействия вихрей. Они показали, что при большой массовой доле fi формируемый из дополнительного потока приосевой поток получает кинетическую энергию, составляющую незначительную часть первоначальной энергии вытекающего из сопла газа. Благодаря этому увеличение расхода охлажденного потока при введении в камеру разделения дополнительного потока приводит к повышению КПД. Справедливость выводов авторы подтвердили экспериментами, проведенными на конических трубах с углом конусности 6°, относительной длиной камеры разделения L= 1…3 и диаметром соплового сечения А> = 30 мм. Получен максимальный КПД г| = 0,32. Оптимальному значению КПД соответствовало |х>1. Для определеиия КПД предложена зависимость:
Т! = цД7у(ДГ, + (ідДГЗД), (14)
Где (j, a=GA/Gc — массовая доля дополнительного потока и Gc — расход соответственно дополнительного потока и сжатого газа через сопло); ДТ5Д—перепад температур, возникающий при изоэнтропийном расширении газа от давления дополнительного потока до давления охлажденного потока за диафрагмой.
Рис. 17. Конструктивная схема вихревой трубы Ш. А. Пнралиш — внлн
Несколько позже Ш. А. Пиралишвили и В. Г. Михайлов исследовали коническую вихревую трубу, на нагретом конце которой был установлен щелевой диффузор (рис. 17). Дополнительный поток поступал от постороннего источника сжатого воздуха. Диаметр трубы в_ сопловом сечении Do=30 мм, относительная длина L = 3, относительная площадь проходного сечения сопла /7С = 0,03. Исследовано влияние размеров трубки ввода дополнительного потока на эффективность вихревого охладителя. Наилучшие результаты получены при относительном диаметре трубки, равном относительному диаметру диафрагмы (£)Д = 1)х=0,7). При этом относительная длина находящегося в камере разделения участка трубки £д=0,33. КПД охладителя (г| = 0,38) на 40% превышал значения, полученные другими исследователями на лучших конструкциях того времени.
Другой метод повышения эффективности вихревых воздухоохладителей предложил В. И. Метенин в 1964 г. Однако недостаточно убедительное объяснение причин повышения КПД помешало своевременному признанию метода инженерами и учеными, занятыми разработкой и исследованием вихревых аппаратов. Рассмотрим конструкцию вихревой трубы, созданной В. И. Мете — ниным (рис. 18). От известных ранее конструкций она отличается тем, что на нагретом конце камеры разделения установлены сетка 2, и лопаточный диффузор 3. Эти элементы позволили уменьшить относительную длину камеры разделения до Ь = 3. При степени расширения е=5 и |х = 0,3 коэффициент температурной эффективности Г1т = 0,59, при м — = 0>!5—г)т = 0,46, при |х = 0,6 — —гіт=0,3б. В дальнейшем получено максимальное значение пт=0,64.
|
В рассмотренной конструкции сетка выполняет роль развихрителя. Основное отличие от предыдущих конст-
Рис. 18. Вихревая труба В. И. Метенина:
/ — патрубок нагретого потока: 2— сетка; 3— лопаточный диффузор; 4 — Вихревая камера; 5 — сопло; 6 — диафрагма; 7 — патрубок охлажденного потока; 8 — диск
Рукций заключается в том, что развихритель затормаживает только часть периферийного потока. Нагретый поток) отводится в лопаточный диффузор незаторможенным. По нашему мнению, основной причиной повышенных значений КПД вихревого аппарата В. И. Метенина является то, что сетка затормаживает только внутренние! слои периферийного потока, передавшие значительную часть своей энергии наружным слоям, т. е. приосевой поток формируется из газа с пониженной температурой торможения. Справедливость такого заключения подтверждаю^ приведенные выше экспериментальные материалы, которые свидетельствуют о резком снижении коэффициента температурной эффективности при увеличении 1-і; соответственно снижается и КПД, который максимален при значениях несколько меньших зафиксированных в экспериментах на других конструкциях.
Влияние сетки и диффузора на процесс разделения иллюстрирует изменение тангенциальной и} осевой составляющих скоростей [17, 27]. На рис. 19, а приведены эпюры скоростей, полученные для конической трубы с диффузором на нагретом конце при плоской торцовой стенке камеры. Сравнение с рис. 8 показывает, что установка диффузора привела к увеличению тангенциальной составляющей скорости и сдвигу ее максимального
Рис. 19. Кривые изменения окружной w% и осевой ша составляющих скорости в вихревой камере: а — с плоской торцовой стенкой; б — с сеткой |
А) 5) |
Значения в сторону меньших радиусов. Результатом такой перестройки вихря было возникновение зоны пониженного давления у оси камеры, что использовано В. И. Метениным и его учениками в вихревых вакуумных насосах новых типов. Но в охладителях это явление отрицательно влияет на процесс энергетического разделения, так как разрежение затрудняет формирование приосевого потока.’ Сопоставление рассматриваемых кривых с изменением осевой составляющей скорости показывает, что вытекающий через диафрагму охлажденный поток обладает большой кинетической энергией. Процесс энергетического разделения в такой конструкции малоэффективен.
На рис. 19, б показано изменение составляющих скоростей в конической камере разделения с диффузором и сеткой на нагретом конце. Установка сетки создала благоприятные условия для формирования приосевого потока.
Введение заторможенного сеткой газа в центр приосевого вихревого потока привело к смещению максимума тангенциальной составляющей скорости в сторону больших радиусов. В результате уменьшилась кинетическая энергия и, следовательно, понизилась температура вытекающего через диафрагму охлажденного потока.
С одной стороны, приведенные кривые полезны для понимания роли диффузоров и сеток или других раз — вихрителей, устанавливаемых на нагретом конце каме
ры разделения. С другой стороны, они свидетельствуют о необходимости более тщательного изучения взаимосвязи параметров диффузора, размеров сеток-развихри — телей и доли (а охлажденного потока. Завышенное количество заторможенного сеткой газа может привести к уменьшению КПД из-за уменьшения перепада давлений в камере разделения. Несоответствие размеров диффузора расходу нагретого потока связано с перетеканием в приосевой поток газа с повышенной температурой. Опубликованные в настоящее время материалы недостаточны для четкого понимания затронутого вопроса.
В 1971 г. А. Д. Суслов и А. В. Мурашкин’ для повышения эффективности вихревых воздухоохладителей предложили рациональное использование энергии нагретого потока. Работы в этом направлении были начаты в МВТУ им. Н. Э. Баумана в конце 60-х годов. Было создано пять типов воздухоохладителей, различающихся схемой циркуляции и степенью использования энергии потока. Схемы этих конструкций (рис. 20) достаточно полно характеризуют возможности рассматриваемого пути повышения эффективности.
В вихревом воздухоохладителе, схема которого представлена на рис. 20, а, сжатый воздух поступает в сопло основной вихревой трубы 1. Давление нагретого потока повышается в диффузоре 2. Часть потока или весь поток (Gr) направляется в холодильник 3. Остальная часть G’г выбрасывается в атмосферу. Охлажденный воздух поступает в сопло дополнительной трубы 4′ установленной на торцовой’ стенке камеры разделения основной трубы. Рассматриваемый воздухоохладитель содержит две вихревые трубы, соединенные общим диффузором. Основная труба противоточная, вспомогательная прямоточная. Вспомогательную трубу также можно перевести в противоточный режим работы, если снабдить ее диафрагмой и отводить охлажденный поток G/’ к потребителю, работающему при промежуточном значении температуры охлаждения.
Повышение эффективности работы достигнуто охлаждением циркулирующего потока в обособленном теплообменнике (т. е. сняты ограничения по теплопере — дающей поверхности), повышением давления в диффузоре и использованием перепада давлений в дополнительной вихревой трубе.
|
|
Рис. 20. Конструктивные схемы вихревых воздухоохладителей
МВТУ
|
|
При испытаййи зафиксирован КПД, в 1,2 раза превышающий КПД обычных вихревых труб. Следует отметить, что охладители, выполненные по схемам на рис. 20, а, б, в, не имели рубашек для’ охлаждения стенок камер разделения. Охлаждение стенок камер рассматривали как резерв для дальнейшего повышения КПД. В образцах, у которых дополнительная труба имела те же размеры, что и основная труба, нормальный режим работы сохранялся в узком диапазоне изменения параметров воздуха на входе в сопловые аппараты. За границами этого диапазона дополнительная труба работала как своеобразный развихритель вихревого потока. Температура охлажденного потока в дополнительной трубе повышалась до Т/>Т0. При закрытой диафрагме, когда дополнительная вихревая труба должна работать в режиме прямотока, уменьшался КПД. При уменьшении доли охлажденного потока ос
новной трубы до (х = 0,3…0,4 КПД уменьшался до значений, характерных для вихревых труб обычных конструкций.
Охладитель другого типа изготовлен по схеме, показанной на рис. 20, б, и отличается от| предыдущего наличием сеток-развихрителей 5, установленных на границе вихревых труб. Трубы обмениваются заторможенными потоками воздуха. Благодаря этому расширен диапазон изменения параметров нормального режима работы дополнительной вихревой трубы. Второй причиной повышения эффективности следует считать интенсификацию энергообмена между приосевым и периферийным потоками в основной вихревой трубе. Испытания охладителей этого типа проводили только для подтверждения факта, что установка сетки-развихрителя приводит! к повышению КПД. Одновременно результаты экспериментов явились одним из наиболее убедительных подтверждений справедливости гипотезы взаимодействия вихрей.
Охладители третьего типа (рис. 20, в) отличаются от рассмотренных тем, что дополнительная вихревая труба подсоединена к основной охлажденным концом. Такая схема обеспечила стабильную работу дополнительной трубы, улучшение условий входа нагретого потока основной трубы в диффузор и повышение КПД в 1,34 раза в сравнении с КПД охладителей первого типа. Максимальный значения КПД получены при доле охлажденного потока (1 = 0,75. Проведено испытание охладителя с выключенным холодильником 3. При этом температура газа после диффузора снижалась только за счет конвективного теплообмена соединительных трубок с окружающим воздухом. Как показали испытания, температура нагретого потока на выходе из дополнительной вихревой трубы всегда была выше температуры его в трубах обычной конструкции. Следовательно, такой тип охладителя рационально использовать и в тех случаях, когда исключена возможность охлаждения циркулирующего потока воздуха и стенок камер разделения.
Четвертый тип охладителей (рис. 20, г) принципиально отличается от рассмотренных. Циркулирующий поток после холодильника 3 подводится в трубку 6 торец которой расположен на расстоянии 1—2 мм от сетки-развихрителя 5. В некоторых образцах конец трубки выполняли в виде конуса, обращенного своим основанием к сетке. В охладителях такого типа перепад давлений между диффузором и приосевым потоком камеры разделения затрачивался только на преодоление гидравлических сопротивлений холодильника и подсое- динительных трубок. Область наиболее высоких КПД (0,34—0,35) зафиксирована при 0,82<ц,<0,90. Как и в охладителях рассмотренных типов, в опытных образцах! не использованы все возможности для повышения КПД. В программу испытаний не входило определение оптимальных размеров сетки и расхода в циркуляционной линии. Давление за диффузором регулировали вентилем на трубопроводе для выпуска части нагретого потока Gр. Охладители такого типа принципиально можно создавать и на меньшие значения ц, уменьшая диаметр сетки-развихрителя. Во всем возможном диапазоне значений fx КПД охладителя выше, чем у вихревой трубы В. И. Метенина, так как в приосевой поток камеры разделения подводится предварительно охлажденный воздух.
Отличительным признаком охладителя пятого типа (рис. 20,5) является то, что они не имеют сеток-раз — вихрителей, а снабжены эжектором 7, удаляющим заторможенный поток из конфузора 4. Конфузор выполняет роль развихрителя не попавшего в диффузор воздуха. Одновременно конфузор предназначен для отвода теплоты к охлаждающей среде. При испытании охладитель вместе со змеевиковым теплообменником был погружен в сосуд с проточной водой. Максимальный КПД (0,42) в 1,5 раза превышает КПД известных охлаждаемых вихревых труб. Резервы для увеличения КПД заключены прежде всего в повышении эффективности работы эжектора. В экспериментальных образцах был использован эжектор примитивной конструкции. Повышение кратности эжекции интенсифицирует работу конфузора как развихрителя и одновременно увеличивает поток теплоты от воздуха к охлаждающей среде через стенки конфузора. Второй резерв повышения КПД — создание благоприятных условий входа нагретого потока в диффузор; это позволит увеличить перепад давлений в эжекторе.
В 1973 г. А. И. Азаров [1, 2] предложил пульсирующий выпуск нагретого потока с частотой пульсации в несколько десятков герц. Повышение КПД охлаждаемых вихревых труб он объяснил интенсификацией теплообмена между газом и стенками камеры разделения. А. И. Азаров ввел понятие коэффициента повышения энергетической эффективности. Для расчета этого коэффициента при 0,60<}х<0,85 и 1,9<е<5,1 он предложил зависимость
Ь = Лп/Лс= 1,6ц°’6е-°’16, (15)
Где т)п и г]с — адиабатный КПД охлаждаемой вихревой трубы соответственно с пульсирующим и стационарным нагретым потоками.
То обстоятельство, что коэффициент повышения эффективности зависит от ц0,6, трудно объяснить изменением коэффициента теплоотдачи от воздуха к стенке. Не согласуется это также с результатами исследований влияния акустических колебаний на теплообмен газа со стенкой при турбулентном режиме течения. По мнению авторов, рост КПД следует объяснить влиянием пульсаций на процесс энергетического разделения, т. е. на интенсивность энергообмена между приосевым и периферийными потоками. Этот вывод хорошо согласуется с тем, что применение развихрителей позволило не только’ уменьшить длину камеры разделения, но и повысить эффективность вихревых труб. При торможении в развихрителе неизбежно возникают пульсации, которые интенсифицируют процесс энергоразделения. В трубе Парулейкара отвод нагретого потока под прямым углом к оси вихря неизбежно порождает интенсивные пульсации. Следует заметить, что с позиции гипотезы взаимодействия вихрей процесс энергоразделения основан на пульсациях частиц газа в радиальном направлении. В связи с этим увеличение интенсивности пульсации нужно считать одним из перспективных путей повышения КПД вихревых аппаратов.