ВИХРЕВАЯ ТРУБА
VORTEX TUBE

Заявляемое техническое решение относится к устройствам генерации тепла и холода.
Известна вихревая труба содержащая завихритель и диффузор, соединенные вихревой трубкой, и патрубки холодного и горячего потоков. [1]
Однако, патрубок холодного потока размещен по оси вихревой трубы, а кольцевой патрубок горячего потока размещен между диффузором и вихревой трубкой, что не всегда технологически и конструктивно приемлемо.
Вихревая труба схематически изображена на фиг. 1
Технический результат заявляемого решения состоит в том, что отверстия и центральные тела завихрителя и диффузора размещены по оси вихревой трубы, причем завихритель соединен с центральным телом радиальными лопатками, имеющими минимальный угол закрутки около центрального тела и максимальный около завихрителя, причем отверстие холодного потока выполнено кольцевым и размещено между завихрителем и вихревой трубкой.
Вихревая труба содержит завихритель 1, соединенный с подводящим патрубком 2, по оси отверстия которого размещено центральное тело 3, соединенное с завихрителем радиальными лопатками 4, соединенный кольцевым отверстием с патрубком 5 и с вихревой трубкой 6, соединенной с диффузором 7, соединенным с патрубком 8, по оси которого размещено центральное тело 9.
При работе, сжатое рабочее тело (фиг. 1) по подводящему каналу 2 поступает в завихритель 1, радиальные лопатки 4 которого формируют вихревое течение. При этом, в вихревом тангенциальном течении происходит перераспредиление параметров течения: увеличение скорости и параметров торможения течения в околоосевой зоне и снижение на стенке вихревой трубки 6. По оси вихревой трубки, между центральными телами 3 и 9, формируется осевая зона отрывного течения, вращающаяся по закону твердого тела. От завихрителя 1 вдоль вихревой трубки к диффузору 7 движется вихревой поток, линии тока которого являются спиралями. Угол истечения из завихрителя увеличивается по высоте лопатки, что обеспечивает, при снижении тангенциальной составляющей скорости, постоянство осевой составляющей скорости. По достижении диффузора 7, поток разделяется на свободный и вынужденный потоки, причем свободным является поток текущий около оси и имеющий большие параметры торможения и скорости, чем вынужденный, текущий выше по радиусу. Свободный поток истекает в виде горячего потока из осевого отверстия диффузора. Вынужденный поток на диффузоре поворачивает к вихревой трубке 6, разворачивается в сторону завихрителя и течет вдоль вихревой трубки, образует холодный поток и истекает через кольцевое отверстие в завихрителе. Противоположное направление осевых составляющих скорости холодного и вынужденного потоков, при одинаковых направлениях тангенциальной составляющей скорости, приводит к образованию спирального вихревого шнура, расположенного между холодным и вынужденным потоками. Холодный поток, при течении вдоль стенки вихревой трубки, раскручивает спиральный вихревой шнур, который раскручивает вынужденный и свободный потоки, что приводит к росту температуры и давления торможения при движении свободного и вынужденного потоков вдоль вихревой трубки. Холодный поток, при течении от диффузора к завихрителю, совершает работу сжатия и течет с трением, что приводит к снижению температуры и давления торможения и росту скорости, что приводит к возрастанию раскрутки спирального вихревого шнура и раскрутке свободного и вынужденного потоков. Возрастание температуры и давления торможения при движении вдоль вихревой трубки приводит к росту поперечного сечения свободного и вынужденного потоков, что требует увеличения поперечного сечения вихревой трубки от завихрителя к диффузору, выполнения вихревой трубки конической. Если увеличение поперечного сечения недостаточно, происходит истечение вынужденного потока в холодный до достижения диффузора, что снижает разделение по температуре и давлению торможения в вихревой трубке.
Источник информации:
1. В.И. Метенин: Исследование вихревых противоточных труб. Инженерно-физический журнал, т. 7, №2, 1964 г.