Вихревая труба

Доклад    

Для начала поясним, почему для охлаждения была выбрана вихревая труба

преимущества вихревых труб;

-Значительно большая холодопроизводительность по сравнению с дросселированием; 

-Конструктивная простота, компактность, безопасность и надежность в эксплуатации по сравнению с более эффективными, но и значительно более сложными и дорогостоящими генераторами холода (детандеры, пульсационные охладители газа и др.);

-Возможность работы на агрессивных газах содержащих жидкие и твердые включения;

-Автоматическое регулирование в широком диапазоне расхода газа от 20-100% с относительно небольшим изменением температурного режима;

-Легкость в обслуживании и поддержании технологического режима;

-Низкие капитальные затраты.

       После анализа существующих конструкций ВТ начинаем подбор для нашей схемы . Для нашей осушки мы выбираем противоточную вихревую трубу. На плакате  представлена схема течения газа и характерные радиальные профили скоростей  и начинаем расчет геометрических параметров трубы. Основные элементы ВТ вихревая камера с тангенциальным сопловым вводом, диафрагма, примыкающая к камере, и вентиль на горячем конце трубы для обеспечения необходимого соотношения потоков. Аппарат работает следующим образом: сжатый газ, расширяясь в сопле, разгоняется до скорости звука и интенсивно закручивается. При этом в рабочем объёме ВТ формируется высокоскоростной вихревой поток, в котором и возникает эффект Ранка-Хилша. Для расчета мы задались параметрами, такими как температура и давление газа входящие в сопло вихревой трубы. После расчета геометрических параметров и основных показателей вихревой трубы таких как температурная эффективность и удельная холодопроизводительность, начинаем моделирование физических процессов течения воздуха в вихревой трубе. В моделировании был использован современный программный комплекс COSMOS FLOWWORKS являющийся частью системы SOLIDWORKS. С использованием таких программных средств было произведено математическое моделирование гидродинамических параметров.  Результатом моделирования стало   подтверждение возникновения вихревого эффекта в нашей вихревой трубе. Для нашего случая максимальный эффект охлаждения получается равным -38,1 С° однако возможно изменение температур и давлений путем изменения отношения холодного и горячего потока что предусмотрено конструкцией. Наблюдаем картину распределения температур, давления и скорости течения газа по противоточной вихревой трубе и траекторию движения частиц в вихревой трубе.

       Для отделения замороженной влаги мы начинаем подбор и расчет циклона для нашего случая подходит циклон “Клинар-Ц3” материал, из которого должен быть изготовлен  циклон должен обладать хорошей стойкостью к коррозии поэтому циклон делаем из алюминия. В паспорте на циклон заявлено, что отделение капельной аэрозоли, влаги, масла, микрочастиц от воздуха гарантируется на 80%. Отделенная влага будет попадать через сливной отверстие в бачок для сбора конденсата. Перепад давления между входом и забором воздуха из циклона будет составлять не более 0,002 МПа. Далее осушенный воздух подаем к дренажным трубопроводам.

В результате проделанной работы нам удалось реализовать поставленные задачи на основании смоделированной физической картины течения в вихревой трубе можно утверждать, что имеет место возникновение эффекта Ранке-Хильша. Схема по осушки не включает в себе фильтрующих элементов в процессе работы которого возможна закупорка . Осушка воздуха подающегося в дренажную систему позволит повысить надежность работы топливной системы, продлить срок эксплуатации агрегатов подверженных коррозии в топливной системе, уменьшить    количество добавляемых ПВК жидкостей, уменьшить влияние микроорганизмов. Был произведен экономический анализ проекта, просчитана безопасность и экологичность проекта.

    Так же для осушки воздуха возможно применение трехпоточных вихревых труб (ТВТ) , где в качестве третьего потока из аппарата выводится сконденсированная и отсепарированная жидкость, что позволит уменьшить массу устройства для осушки но значительно усложнится конструкция . Также возможно применение вихревых аппаратов в системе кондиционирования воздуха для охлаждения температур отбираемого воздуха от ступеней компрессора. Применение такого метода осушки не требует энергетических затрат все процессы проходят за счет вихревого течения газа. Простота и надежность конструкции давно привлекла применение вихревых аппаратов в различных сферах промышленности.