СРЕДСТВО ДЛЯ СМЕШЕНИЯ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ

Полезная модель относится к области перемешивания газовых потоков для получения однородной смеси и может быть использована в металлургии, химической, энергетической и других отраслях промышленности, а также для воздушных тепловых насосов.
Известно рекуперативно-рециркуляционное устройство, [а.с. №1353986 СССР, МПК F24F 3/147. Рекуперативно-рециркуляционное устройство / Раяк М.Б., Розенблит Б.Д.; заявитель: Московский государственный научно-исследовательский и проектный институт по сельскому строительству; №3893936/29-06; заявл. 28.03.1985; опубл. 23.11.1987; Бюл. №43], содержащее корпус, размещенные в нем вертикальные воздуховоды наружного и приточного воздуха, смесительную камеру, расположенный в нижней части корпуса конденсатосборник и установленный в воздуховоде приточного воздуха секционный подогреватель. Воздуховод наружного воздуха сообщен в верхней части с атмосферой, в нижней - с воздуховодом приточного воздуха, а последний при помощи рециркуляционных и приточных отверстий сообщен соответственно с нижней и верхней зонами помещения. Воздуховод приточного воздуха выполнен в виде ряда каналов, одни из которых через один подключены к рециркуляционным отверстиям, другие - к воздуховоду наружного воздуха, смесительная камера расположена на выходе каналов, а корпус выполнен из теплоизоляционного материала.
Недостатком конструкции является ее сложность и большие гидравлические сопротивления из-за громоздкости конструкции выполненной из гофрированных или оребренных материалов.
За прототип принято устройство для смешения газовых потоков [а.с. №1662652 СССР, МПК B01F 5/00. Устройство для смешения газовых потоков / Левин Л.С., Алешина В.М.; заявитель: Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов; №4432174/26; заявл. 27.05.1988; опубл. 15.07.1991; Бюл. №26], содержащее газоход и патрубок для подачи дополнительного потока, имеющий в месте его ввода в газоход щелевидное сечение. Продольная ось сечения параллельна оси газохода, а ось парубка пересекается с ней. Ось парубка для подачи дополнительного потока и ось газохода расположены в вертикальной плоскости, а угол между осью парубка и вертикалью заключен в пределах 0°≤α<90°.
Недостатком указанного устройства для смешения газовых потоков является низкая интенсивность перемешивания, из-за входа патрубка непосредственно в газоход в зону ламинарного течения основного потока.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение интенсивности перемешивания и улучшение условий теплообмена.
ВХ1
ВХ2
ВЫХ
Указанный технический результат достигается тем, что в средстве для смешения газовых потоков, содержащем входной патрубок газохода, патрубок для подачи дополнительного потока, участок смешенного потока, при этом патрубок для подачи дополнительного потока расположен под углом в пределах 0°≤α<90° к вертикали, согласно полезной модели, входной патрубок газохода соединен с камерой, выполненной в форме капсулы в виде полусферы, соединенной с большим основанием усеченного конуса, причем диаметры входного патрубка газохода и патрубка для подачи дополнительного потока равны, каждый из которых относится к диаметру выходного патрубка газохода как d=d=0,7d.
Технический результат, заключающийся в повышении интенсивности перемешивания и улучшении условий теплообмена, достигается благодаря обеспечению при входе в камеру перехода ламинарного течения газа или жидкости в турбулентное, что способствует повышению интенсивности перемешивания потока. Поток газа или жидкости, поступающий в капсулу в зоне полусферы, меняет скорость с большей на меньшую, где происходит более интенсивное перемешивание. В зоне усеченного конуса происходит полное активное перемешивание и дальнейшее повышение скорости потока перед выходом в цилиндрическую часть газохода до исходной скорости основного потока равной скорости потока до входа в полусферу. Скорость потока газа или жидкости возвращается к исходной скорости потока за счет увеличения диаметра выходного отверстия газохода по формуле:
ВХ1
ВХ2
ВЫХ
ВХ1
ВХ2
ВЫХ
2
2
2
d+d=d, где d=d=0,7d.
Полезная модель объясняется чертежом, где показан общий вид заявляемого устройства.
a
ВХ1
ВХ2
ВЫХ
Средство для смешения газовых потоков содержит входной патрубок газохода 1, патрубок для подачи дополнительного потока 2, расположенный под углом в пределах 0°≤<90° к вертикали, при этом входной патрубок газохода 1 соединенный с камерой выполненной в форме капсулы в виде полусферы 3, соединенной с большим основанием усеченного конуса 4. Меньшее основание усеченного конуса 4 соединено с цилиндрической частью выходного патрубка газохода 5. Причем диаметры входного патрубка газохода 1 и патрубка для подачи дополнительного потока 2 равны, где каждый из которых относится к диаметру выходного патрубка газохода 5 как d=d=0,7d.
Устройство работает следующим образом.
Поток газа или жидкости при движении по входному патрубку газохода 1 попадает в камеру выполненную в форме капсулы в виде полусферы 3, соединенной с большим основанием усеченного конуса 4. Где при попадании в полусферу 3 обеспечивается переход потока из ламинарного течения газа или жидкости в турбулентное и меняет скорость с большей на меньшую. Затем происходит подача через патрубок для подачи дополнительного потока 2 газа или жидкости под углом в пределах 0°≤α<90° к вертикали. За счет попадания газа или жидкости через патрубок для подачи дополнительного потока 2 в зону турбулентности повышается интенсивность перемешивания потока из входного патрубка газохода 1 и потока из патрубка для подачи дополнительного потока 2. Наибольшая интенсивность перемешивания смешенного потока происходит при попадании в зону усеченного конуса 4 камеры, а при попадании в цилиндрическую часть выходного патрубка газохода 5 гомогенизированным потоком совершается переход в ламинарное течение. Причем скорость гомогенизированного потока перед выходом в цилиндрическую часть выходного патрубка газохода 5 повышается до исходной скорости основного потока газохода 1 равной скорости потока до входа в полусферу 3 по уравнению Бернулли:
где  - динамическое давление;
pgh - гидростатическое давление;
р - статическое давление.
Рассмотрим сечения входного патрубка газохода 1, патрубка для подачи дополнительного потока 2 и выходного патрубка газохода 5 с применением уравнения Бернулли:
вх1
вх2
вых
вх1
вх2
вых
Так как давление р, р и р на уровнях сечений входного патрубка газохода 1, патрубка для подачи дополнительного потока 2 и выходного патрубка газохода 5 равны атмосферному, т.е. p=р=р, то уравнение будет иметь вид:
Из уравнения неразрывности
вх1
вх2
вых
вх
вых
где S, S и S - площади поперечных сечений, a υ=υ,
вх1
вх2
вых
тогда S+S=S, выразив диаметры  получим
вх1
вх2
По заданным условиям d и d равны между собой.
вх1
вх2
вх1
вх2
вых
Для примера d=d=0,2 м, тогда  Получим соотношение  тогда d=d=0,7d.
Предложенное средство позволяет повысить интенсивность перемешивания и улучшить условия теплообмена.