КАНАВЧАТЫЙ ГЕНЕРАТОР ВИХРЕВОГО ПОТОКА
GROOVE-TYPE GENERATOR OF VORTEX FLOW

Область техники
Изобретение относится к технической физике, более конкретно к устройствам для создания вихревого потока из поступательного потока текучей среды, и может быть использовано в системах кондиционирования, тепловых трубах для улучшения их характеристик. Изобретение может быть также использовано на транспортных средствах: автомобилях, поездах, летательных аппаратах, кораблях, вихревых движителях, трубопроводах для улучшения их характеристик.
Уровень техники
Известен концевой генератор вихря для аэродинамической несущей поверхности, содержащий пустотелую гондолу с высоким соотношением проходного сечения и миделя, снабженную входным устройством с диффузором, соплом и закручивающим устройством. Внутренняя поверхность диффузора выполнена с направляющими элементами, отклоняющими поток в тангенциальном направлении так, чтобы проходящий воздух через гондолу закручивался бы в направлении, противоположном направлению вращения концевого вихря (см. патент РФ 2148529 С1, 2000 г.).
При этом генератор вихря установлен на конце крыла.
Известен генератор вихря, преимущественно для законцовки крыла летательного аппарата, включающий гондолу с входным устройством, содержащим конфузор, и вихревую камеру, содержащую диффузор и закручивающее устройство. При этом диффузор выполнен с внутренней поверхностью, образованной малым диффузором с углом расхождения, равным 1-5°, входным сечением сообщенным с конфузором, а выходным сечением связанным с выходным сечением диффузора торцевой, криволинейной в сечении поверхностью, обеспечивающей плавное расширение потока на выходе, а закручивающее устройство, например, в виде направляющих лопаток выполнено на поверхности малого диффузора (см. патент РФ №2389649, 2010 г.).
Недостатком известных решений является то, что направляющие лопатки, расположенные на поверхности диффузора, создают значительное сопротивление, что приводит к снижению эффективности генератора.
Известен также генератор вихревого потока, выполненный в виде пустотелой гондолы, содержащей конфузор и диффузор, образующие горловину. При этом на внутренней поверхности цилиндрической горловины выполнено закручивающее устройство в виде расположенных по окружности на поверхности горловины канавок, направление которых составляет с осью горловины заданный угол, равный 5-30°. Выходное сечение диффузора сообщено с соплом (см. патент РФ №2389649, 2010 г.).
Недостатком такого генератора является то, что канавки, расположенные в горловине под углом к оси гондолы (т.е. под углом к потоку), где поток имеет максимальную скорость, создают также значительное сопротивление.
Сущность изобретения
Задачей изобретения является разработка генератора вихревого потока (ГВП), работающего в поступательном потоке текучей среды, который обладал бы повышенной эффективностью, т.е. создавал бы значительный вихревой поток при минимальном собственном сопротивлении.
Кроме того, ГВП должен быть прост по конструкции и быть надежным в работе.
Поставленная задача достигается тем, что в генераторе вихревого потока, выполненном в виде гондолы с входным устройством, содержащим конфузор, диффузором, вихревой камерой, с закручивающим устройством и выходным устройством, при этом закручивающее устройство выполнено в виде направляющих канавок, направляющие канавки выполнены на поверхности диффузора позади горловины.
Кроме того, каждая из направляющих канавок выполнена с радиусной в поперечном сечении поверхностью, содержащей передний, срединный и выходной участки, при этом передний участок выполнен с увеличивающейся глубиной от начала до срединного участка, срединный участок выполнен с постоянной глубиной, а выходной участок выполнен с уменьшающейся глубиной к концу канавки и с образующими его поверхности, параллельными оси гондолы.
Более того, канавчатый генератор вихревого потока может быть снабжен входными канавками, выполненными в области горловины и простирающимися вперед в конфузор, при этом входные канавки выполнены с радиусной в поперечном сечении поверхностью, линейные образующие которой параллельны оси гондолы, и сообщающимися с направляющими канавками криволинейными участками так, что образуют с ними единые каналы.
Такое выполнение ГВП повышает его эффективность.
Перечень чертежей
Изобретение поясняется чертежами на которых:
- Фиг.1 показывает общий вид генератора, выполненного в соответствии с изобретением, с частичным продольным вырывом по его оси;
- Фиг.2 показывает сечение А-А фиг.1;
- Фиг.3 показывает сечение А-А фиг.1 для альтернативного выполнения ГВП;
- Фиг.4 показывает общий вид улучшенного генератора, выполненного в соответствии с изобретением, с частичным продольным вырывом по его оси.
Осуществление изобретения
Генератор вихревого потока (см. Фиг.1) выполнен в виде пустотелой гондолы 1. Гондола выполнена с внутренним воздушным трактом, содержащим последовательно расположенные и сообщающиеся между собой входное устройство 2, выполненное в виде конфузора 3, диффузор 4, вихревую камеру 5 и выходное устройство 6. Гондола снабжена также закручивающим устройством.
Диффузор 4 выполнен с внутренней поверхностью, образованной малым диффузором с углом расхождения, равным 1-5°, входным сечением сообщенным с конфузором 3, а выходным сечением связанным с вихревой камерой 5 торцевой, криволинейной в сечении поверхностью 12, обеспечивающей плавное расширение потока на выходе.
Вихревая камера 5 выполнена цилиндрической, переходящей в выходное устройство 6 и отдельно от диффузора. Главным назначением вихревой камеры является создание устойчивой структуры вихревого потока, что обеспечивается выбором необходимой ее длины. Гондола снабжена закручивающим устройством, назначением которого является превращение потока воздуха, проходящего через воздушный тракт, в вихревой поток. Закручивающее устройство выполнено в виде направляющих канавок 7, равномерно расположенных по всей окружности поверхности диффузора 4 позади горловины 9. Направляющие канавки 7 выполнены так, что направление их оставляет с осью гондолы заданный угол 8 при виде на поверхность диффузора. Угол 8 может выбираться равным 5-30° в зависимости от требуемой закрутки потока.
Каждая из направляющих канавок 7 выполнена с радиусной в поперечном сечении поверхностью 9 (см. Фиг.2). Величина радиуса 11 и шаг канавок 10 выбираются из условия максимальной эффективности одной канавки при минимальном аэродинамическом (гидравлическом) сопротивлении гондолы. Однако крутка потока при этом будет минимальной. Для увеличения воздействия на поток количество канавок может быть увеличено. В предельном случае канавки на поверхности диффузора могут располагаться вплотную друг к другу. Поперечное сечение гондолы 13 с такими направляющими канавками 14 представлено на Фиг.3. При этом канавки образуют между собой перегородки 15 с острыми вершинами.
Каждая из направляющих канавок 7 может содержать передний 16, срединный 17 и выходной 18 участки. При этом передний участок 16 может быть выполнен с увеличивающейся глубиной от начала до срединного участка, срединный участок 17 может быть выполнен с постоянной глубиной, а выходной участок 18 может быть выполнен с уменьшающейся глубиной к концу канавки и с образующими его поверхности, параллельными оси гондолы.
Другой вариант осуществления канавчатого генератора вихревого потока представлен на Фиг.4.
Генератор вихревого потока выполнен в виде пустотелой гондолы 19. Гондола выполнена с внутренним воздушным трактом, содержащим последовательно расположенные и сообщающиеся между собой входное устройство 20, выполненное в виде конфузора 21, диффузор 22, вихревую камеру 23 и выходное устройство 24. Гондола снабжена также закручивающим устройством.
Диффузор 22 выполнен с внутренней поверхностью, образованной малым диффузором с углом расхождения, равным 1-5°, входным сечением сообщенным с конфузором 21, а выходным сечением связанным с вихревой камерой 23 торцевой, криволинейной в сечении поверхностью, обеспечивающей плавное расширение потока на выходе.
Закручивающее устройство выполнено в виде направляющих канавок 25, равномерно расположенных по всей окружности поверхности диффузора 22 позади горловины. Направляющие канавки 25 выполнены так, что направление их оставляет с осью гондолы заданный угол 26 при виде на поверхность диффузора. Угол 26 может выбираться равным 5-30° в зависимости от требуемой закрутки потока.
Каждая из направляющих канавок 25 выполнена с радиусной в поперечном сечении поверхностью. Величина радиуса и шаг канавок выбираются из условия максимальной эффективности одной канавки при минимальном аэродинамическом (гидравлическом) сопротивлении гондолы. Однако крутка потока при этом будет минимальной. Для увеличения воздействия на поток количество канавок может быть увеличено. В предельном случае канавки на поверхности диффузора могут располагаться вплотную друг к другу.
ГВП снабжен входными канавками 27, выполненными в области горловины и простирающимися вперед в конфузор 21. При этом входные канавки выполнены с радиусной в поперечном сечении поверхностью, линейные образующие которой параллельны оси гондолы, и сообщающимися с направляющими канавками 25 криволинейными участками 28 так, что образуют с ними единые каналы.
Направляющие канавки в представленных ГВП выполнены под одинаковым углом к продольной оси воздушного (водяного) тракта (при виде на его поверхность) по всей окружности его поперечного сечения так, что обеспечивают отклонение воздушного потока у поверхности вихревой камеры в тангенциальном направлении, что приводит к закрутке потока, проходящего через гондолу, превращая его в вихревой. Направление наклона направляющих канавок выбирается в зависимости от требуемого направления закрутки потока.
Гондола может быть цельной или разъемной, выполнена из металла или композиционных материалов на основе существующих технологий и снабжена крепежными элементами для крепления ее к конструкции изделия.
ГВП работает следующим образом. Входящий воздух (вода или другая жидкость) после прохождения конфузора и диффузора попадает в направляющие канавки, которые отклоняют поток у стенки вихревой камеры, закручивая его в одном направлении, создавая вихревой поток.
Благодаря тому что направляющие лопатки находятся позади диффузора, в зоне пониженных скоростей потока, потери импульса минимальны, что в свою очередь приводит к повышению эффективности ГВП.