WO2009091289A1 - Method for heat-mass-energy exchange and a device for carrying out said method - Google Patents
Method for heat-mass-energy exchange and a device for carrying out said method Download PDFInfo
- Publication number
- WO2009091289A1 WO2009091289A1 PCT/RU2008/000791 RU2008000791W WO2009091289A1 WO 2009091289 A1 WO2009091289 A1 WO 2009091289A1 RU 2008000791 W RU2008000791 W RU 2008000791W WO 2009091289 A1 WO2009091289 A1 WO 2009091289A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- vortex
- vortex tube
- tube
- tubes
- ring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/10—Mixing by creating a vortex flow, e.g. by tangential introduction of flow components
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
- B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
- B01F31/84—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations for material continuously moving through a tube, e.g. by deforming the tube
- B01F31/841—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations for material continuously moving through a tube, e.g. by deforming the tube with a vibrating element inside the tube
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
- B01J19/1806—Stationary reactors having moving elements inside resulting in a turbulent flow of the reactants, such as in centrifugal-type reactors, or having a high Reynolds-number
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
- B01J19/1887—Stationary reactors having moving elements inside forming a thin film
Definitions
- the method of heat and mass energy exchange and a device for its implementation The invention relates to acoustic (for example, ultrasonic) methods of heat and mass energy exchange of liquid, gas, gas-liquid mixtures, suspensions and dispersions in mechanical-physical-chemical conversion processes, in addition, in this way they act on water to heat it as coolant.
- acoustic for example, ultrasonic
- Another method of heat and mass energy exchange during acoustic excitation can be the interaction of jet streams with each other by transferring the kinetic energy of one stream to another.
- This method is used in jet-vortex devices (injectors, vortex tubes) in which potential energy is converted into kinetic energy, followed by heat and mass-energy exchange of interacting media.
- jet-vortex devices injectors, vortex tubes
- a resonance and cavitation effect arise, as a result of which bonds between molecules and atoms are broken, and upon recovery, energy is released in the form of heat.
- Heat generators work on this basis.
- a known method of resonant excitation of a liquid and a device for heating the liquid (patent RU 2232630, 7B01 J 19/10, published July 20, 04), which is based on the processing of a liquid by a source of mechanical vibrations at a frequency from a number of fundamental frequencies, calculates people of a certain empirical dependence.
- the method of heating the liquid is based on the acoustic treatment of the liquid and includes feeding it into the cavity of the rotating impeller and discharging from the cavity through a series of outlet openings in the peripheral annular wall of the impeller into the annular chamber, and then into the collection chamber subject to certain ratios between the rotational speed impeller, peripheral wall radius and resonant frequency.
- the disadvantages of this method include the complexity of the technical implementation, the selectivity of the excitation, the multifactorial dependence of the resonant excitation on the geometric, frequency parameters and the limited possibility of using this method for other heat and mass transfer processes.
- the closest in technical essence is the method of heat and mass energy exchange and a device for its implementation (patent RU 2268772, 7B01J19 / 10, 7B01F1 1/02, published January 27, 2006), in which the excitation is carried out using interconnected vortex tubes, by partial contact counter-directed surface-outer layers of two or more vortex flows to a depth that ensures their acoustic excitation due to deformation interaction occurring in the zone of intersection of the vortex tubes.
- a device for implementing this method is made in the form of two or more vortex tubes communicated with each other by partially intersecting them along generatrixes.
- the regulation of acoustic excitation at constant diameters of the vortex tubes and the cross sections of the tangential nozzles is possible only by changing the pressure-flow values of the flow at the inlet to the pressure chamber, and this leads to sharp changes in the hydrodynamic excitation regimes, i.e., a decrease in the range of regulation of the intensity of - arousal and a drop in productivity.
- the contact or friction of the outer surfaces of the vortex flows occurs only in the zone of intersection of the vortex tubes, which is determined by the geometric dimensions. Such a scheme of interaction of vortex flows forms point sources of acoustic excitation, which leads to a decrease in the power and duration of acoustic vortex interaction.
- the technical result to which the present invention is directed is to increase the power and duration of acoustic excitation, as well as to control the amplitude-frequency characteristics of acoustic excitation.
- the technical result is achieved by the fact that with the help of vortex tubes two or more separate concentric are formed equally or oppositely directed along the rotation of the vortex-ring product flows and move them along the common axial in one direction.
- the external vortex ring product stream is moved to a greater length than the internal vortex ring product stream.
- the internal vortex-ring product flow, using an axial displacer and an annular gap between the by the displacer and the end face of the inner vortex tube, they are in contact with the external vortex ring product stream.
- the combined product stream is excited by setting, with the help of adjustable valves, different linear velocities of the vortex ring product flows in the vortex tubes and the excited product stream is brought to use.
- a heat and mass energy exchange device comprising flow-pressure chambers connected with vortex tubes by tangential grooves, while the vortex tubes are mounted concentrically one into the other with the creation of separate vortex-forming cavities.
- the outer vortex tube is made longer than the inner vortex tube.
- a first axial displacer is installed along the axis of the inner vortex tube, which is longer than the inner vortex tube and creates a vortex-forming annular cavity, and a second axial displacer height-adjustable on the protruding part of the vortex tube is installed.
- the second axial displacer forms an adjustable annular gap for the product to flow from the inner vortex tube into the vortex ring excitation cavity.
- An acoustic chamber is located at the outlet of the external vortex tube, which ends with an outlet pipe. Pressure chambers at the inlet are equipped with control valves.
- Vortex tubes can be made cylindrical, conical or cylindrical in various combinations.
- the proposed technical solution allows you to:
- FIG. 1 - FIG. 3 The features of the present invention are illustrated by drawings (FIG. 1 - FIG. 3).
- FIG. 1 is a diagram of the interaction of counter-directed vortex-ring flows in the zone of their contact
- FIG. 2 is a diagram of the interaction of equally directed vortices; ring flows in the zone of their contact (excitation); Fig.Z - design of the device.
- FIG. 1 and FIG. 2 conventionally shown rotating vortex-ring flows: 1 - external flow, 2 - internal flow and 3 - boundary zone of contact of flows.
- the boundary contact zone of the flows 3 (external flow 1 and the internal flow 2) is a circle along which the external energy-active surface of the internal flow 2 and the internal energy-active surface of the external flow 1 interact.
- acoustic excitation occurs in the boundary contact zone of the flows 3 product.
- the circuit of FIG. 1, with counter-directed rotations of the vortex-ring flows it is preferable for the destruction, homogenization, dispersion of products.
- By adjusting the linear velocity of the vortex-ring flows one can change the amplitude-frequency characteristics and the intensity of excitation.
- a device for implementing this method of heat and mass energy exchange is conventionally depicted in Fig.Z. It consists of external 4 and internal 5 caps with the first 6 and second 7 highways included in them, which have first 8 and second 9 control valves. External 4 and internal 5 caps form separate first 10 and the second 11 pressure chamber.
- the first flow-pressure chamber 10 is separately communicated by the first tangential grooves 12 with the cavity of the outer vortex tube 13.
- the second flow-pressure chamber 1 1 is separately communicated by the second tangential grooves 14 with the inner vortex tube 15, which is concentrically coaxially mounted inside the outer vortex tube 13.
- Inside the inner vortex tube 15 has a first axial displacer 16 mounted on the cover 17.
- the outer vortex tube 13 and the first axial displacer 16 are longer than the inner vortex tube 15.
- the outer vortex tube 13, inner the vortex vortex tube 15 and the first axial displacer 16 form the first 18 and second 19 vortex rings.
- a second axial displacer 20 is installed, the diameter of which is larger than the diameter of the first axial displacer 16, due to which a vortex-ring excitation zone 21 is formed.
- An annular ring is formed between the output end of the inner vortex tube 15 and the second axial displacer 20 a gap 22 for the product to flow from the inner vortex tube 15 into the excitation zone 21.
- At the exit of the outer vortex tube 13 there is an acoustic chamber 23, which ends with an outlet pat com 24.
- the operation of the device is as follows.
- the product along the first 6 and second 7 input lines through the first 8 and second 9 control valves enters under pressure in the first 10 and second 1 1 flow-pressure chambers and through the first 12 and second 14 tangential grooves enters the first 18 and second 19 vortex ring cavities where vortex-ring flows are created, rotating in different or identical directions and moving along the axis in one direction.
- vortex-ring flows are connected into a single stream according to the scheme of FIG. 1 or 2, depending on the requirements of the process.
- the first 8 and second 9 control valves By adjusting the flow-pressure parameters of the flows by the first 8 and second 9 control valves, they create a difference in the linear velocities of the vortex flows in the first 18 and second 19 vortex-forming annular cavities, thereby changing the hydrodynamic mode of contact of the vortex-ring flows and, therefore, the amplitude-frequency characteristics of acoustic excitation.
- the excited flows moving in the vortex-ring excitation zone 21 enter the acoustic chamber 23 and are output through the outlet pipe 24 for use.
- the nodes and parts of the described device can be manufactured on conventional equipment, which confirms the industrial applicability of the invention.
- the use of heat and mass energy exchange method and device for its implementation allows to increase the power and duration of the acoustic interaction of the vortex flows and to control cavitation-acoustic excitation of the product in a limited space.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления Изобретение относится к акустическим (например, ультразвуковым) способам тепломассоэнергообмена жидких, газовых, газожидкостных смесей, взвесей и дисперсий в механо-физико-химических процессах превращения, кроме этого, таким способом воздействуют на воду с целью нагрева её как теплоносителя. Известны способы тепломассоэнергообмена при акустическом возбуждении проходных потоков продуктов путем передачи жидкости колебательной энергии с помощью источника механических колебаний, взаимодействующего с жидкостью. Используется этот способ в гидродинамических ультразвуковых излучателях с пластинчатыми и стержневыми резонансными колебательными устройствами, в вихревых и роторно-пульсационных аппаратах. Другим способом тепломассоэнергообмена при акустическом возбуждении может быть взаимодействие струйных потоков между собой путем передачи кинетической энергии одного потока другому. Этот способ используется в струйно- вихревых аппаратах (инжекторах, вихревых трубах), в которых происходит преобразование потенциальной энергии в кинетическую с последующим тепломассоэнергообменом взаимодействующих сред. В результате такого взаимодействия возникает резонанс и кавитацион- ный эффект в результате чего рвутся связи между молекулами и ато- мами, при восстановлении которых выделяется энергия в виде тепла. На этой основе работают теплогенераторы. The method of heat and mass energy exchange and a device for its implementation The invention relates to acoustic (for example, ultrasonic) methods of heat and mass energy exchange of liquid, gas, gas-liquid mixtures, suspensions and dispersions in mechanical-physical-chemical conversion processes, in addition, in this way they act on water to heat it as coolant. Known methods of heat and mass energy during the acoustic excitation of the flow of products through the transmission of liquid vibrational energy using a source of mechanical vibrations interacting with the liquid. This method is used in hydrodynamic ultrasonic emitters with plate and rod resonant oscillating devices, in vortex and rotary-pulsating devices. Another method of heat and mass energy exchange during acoustic excitation can be the interaction of jet streams with each other by transferring the kinetic energy of one stream to another. This method is used in jet-vortex devices (injectors, vortex tubes) in which potential energy is converted into kinetic energy, followed by heat and mass-energy exchange of interacting media. As a result of such an interaction, a resonance and cavitation effect arise, as a result of which bonds between molecules and atoms are broken, and upon recovery, energy is released in the form of heat. Heat generators work on this basis.
Известен способ резонансного возбуждения жидкости и устройство для нагревания жидкости (патент RU 2232630, 7B01 J 19/10, опубликован 20.07.04), который основан на обработке жидкости источником механических колебаний на частоте из ряда основных частот, подчи- няющихся определенной эмпирической зависимости. Способ нагревания жидкости основан на акустической обработке жидкости и включает её подачу в полость вращающегося рабочего колеса и выпуск из полости через ряд выходных отверстий в периферийной кольцевой стен- ке рабочего колеса в кольцевую камеру, а затем, в сборную камеру при соблюдении определенных соотношений между частотой вращения рабочего колеса, радиусом периферийной стенки и резонансной частотой. К недостаткам этого способа следует отнести сложность технической реализации, избирательность возбуждения, многофакторная зави- симость резонансного возбуждения от геометрических, частотных параметров и ограниченная возможность использования этого способа для проведения других тепломассоэнергообменных процессов.A known method of resonant excitation of a liquid and a device for heating the liquid (patent RU 2232630, 7B01 J 19/10, published July 20, 04), which is based on the processing of a liquid by a source of mechanical vibrations at a frequency from a number of fundamental frequencies, calculates people of a certain empirical dependence. The method of heating the liquid is based on the acoustic treatment of the liquid and includes feeding it into the cavity of the rotating impeller and discharging from the cavity through a series of outlet openings in the peripheral annular wall of the impeller into the annular chamber, and then into the collection chamber subject to certain ratios between the rotational speed impeller, peripheral wall radius and resonant frequency. The disadvantages of this method include the complexity of the technical implementation, the selectivity of the excitation, the multifactorial dependence of the resonant excitation on the geometric, frequency parameters and the limited possibility of using this method for other heat and mass transfer processes.
Наиболее близким по технической сущности является способ теп- ломассоэнергообмена и устройство для его осуществления (патент RU 2268772, 7B01J19/10, 7B01F1 1/02, опубликован 27.01.2006), при котором возбуждение осуществляется с помощью сообщенных между собой вихревых труб, путем частичного соприкосновения встречно направленных поверхностно-наружных слоев двух и более вихревых потоков на глубину, обеспечивающую их акустическое возбуждение за счет деформационного взаимодействия, происходящего в зоне пересечения вихревых труб. Устройство для осуществления этого способа выполнено в виде двух и более вихревых труб, сообщенных между собой с помощью частичного пересечения их по образующим.The closest in technical essence is the method of heat and mass energy exchange and a device for its implementation (patent RU 2268772, 7B01J19 / 10, 7B01F1 1/02, published January 27, 2006), in which the excitation is carried out using interconnected vortex tubes, by partial contact counter-directed surface-outer layers of two or more vortex flows to a depth that ensures their acoustic excitation due to deformation interaction occurring in the zone of intersection of the vortex tubes. A device for implementing this method is made in the form of two or more vortex tubes communicated with each other by partially intersecting them along generatrixes.
Однако этот способ и устройство имеют ряд недостатков. Bo- первых, встречно направленные поверхностно-наружные слои двух и более вихревых потоков на глубину деформационно-сдвигового взаимодействия создают противоположно направленные центробежные силы, которые деформируют вихреобразование, в результате чего умень- шают время взаимодействия вихрей и эффективную полосу спектра амплитудно-частотных характеристик акустического возбуждения. Это приводит к тому, что в конце вихревых труб на выходе потоков резко падает интенсивность возбуждения. Во-вторых, регулирование акусти- ческого возбуждения при неизменных диаметрах вихревых труб и сечений тангенциальных сопел возможно только изменением напорно- расходных значений потока на входе в напорную камеру, а это приводит к резким изменениям гидродинамических режимов возбуждения т. е. уменьшению диапазона регулирования интенсивности эффектив- ного возбуждения и падению производительности. В-третьих, соприкосновение или трение наружных поверхностей вихревых потоков происходит только в зоне пересечения вихревых труб, которая определена геометрическими размерами. Такая схема взаимодействия вихревых потоков формирует точечные источники акустического возбуждения, что приводит к снижению мощности и длительности акустического вихревого взаимодействия.However, this method and device have several disadvantages. First, counter-directed surface-outer layers of two or more vortex flows to the depth of the deformation-shear interaction create oppositely directed centrifugal forces that deform the vortex formation, as a result of which decrease the interaction time of the vortices and the effective band of the spectrum of the amplitude-frequency characteristics of acoustic excitation. This leads to the fact that at the end of the vortex tubes at the outlet of the flows, the excitation intensity drops sharply. Secondly, the regulation of acoustic excitation at constant diameters of the vortex tubes and the cross sections of the tangential nozzles is possible only by changing the pressure-flow values of the flow at the inlet to the pressure chamber, and this leads to sharp changes in the hydrodynamic excitation regimes, i.e., a decrease in the range of regulation of the intensity of - arousal and a drop in productivity. Thirdly, the contact or friction of the outer surfaces of the vortex flows occurs only in the zone of intersection of the vortex tubes, which is determined by the geometric dimensions. Such a scheme of interaction of vortex flows forms point sources of acoustic excitation, which leads to a decrease in the power and duration of acoustic vortex interaction.
Техническим результатом, на который направлено предлагаемое изобретение, является увеличение мощности и длительности акустического возбуждения, а также регулирование амплитудно- частотных ха- рактеристик акустического возбуждения.The technical result to which the present invention is directed is to increase the power and duration of acoustic excitation, as well as to control the amplitude-frequency characteristics of acoustic excitation.
Технический результат достигается тем, что с помощью вихревых труб формируют два и более раздельных концентрических одинаково или противоположно направленных по вращению вихрекольцевых продуктовых потока и перемещают их по общей осевой в одном на- правлении. При этом внешний вихрекольцевой продуктовый поток перемещают на большую длину, чем внутренний вихрекольцевой продуктовый поток. Затем внутренний вихрекольцевой продуктовый поток, с помощью осевого вытеснителя и кольцевого зазора между осе- вым вытеснителем и торцом внутренней вихревой трубы, соприкасают с внешним вихреколыдевым продуктовым потоком. Возбуждают объединенный продуктовый поток путем задания с помощью регулируемых вентилей разных линейных скоростей вихрекольцевых продуктовых потоков в вихревых трубах и выводят возбужденный продуктовый поток на использование.The technical result is achieved by the fact that with the help of vortex tubes two or more separate concentric are formed equally or oppositely directed along the rotation of the vortex-ring product flows and move them along the common axial in one direction. In this case, the external vortex ring product stream is moved to a greater length than the internal vortex ring product stream. Then the internal vortex-ring product flow, using an axial displacer and an annular gap between the by the displacer and the end face of the inner vortex tube, they are in contact with the external vortex ring product stream. The combined product stream is excited by setting, with the help of adjustable valves, different linear velocities of the vortex ring product flows in the vortex tubes and the excited product stream is brought to use.
Для осуществления настоящего способа предлагается устройство тепломассоэнергообмена, содержащее расходно-напорные камеры, сообщенные с вихревыми трубами тангенциальными пазами, при этом вихревые трубы установлены концентрично одна в другую с созданием раздельных вихреобразующих полостей. Внешняя вихревая труба выполнена длиннее внутренней вихревой трубы. По оси внутренней вихревой трубы установлен первый осевой вытеснитель, который длиннее внутренней вихревой трубы и создает вихреобразующую кольцевую полость, а на выступающую из внутренней вихревой трубы часть установлен регулируемый по высоте второй осевой вытеснитель. Второй осевой вытеснитель образует регулируемый кольцевой зазор для истечения продукта из внутренней вихревой трубы в вихреобразующую кольцевую полость возбуждения. На выходе внешней вихревой трубы расположена акустическая камера, которая заканчивается выходным патрубком. Напорные камеры по входу снабжены регулирующими вентилями.To implement the present method, there is provided a heat and mass energy exchange device comprising flow-pressure chambers connected with vortex tubes by tangential grooves, while the vortex tubes are mounted concentrically one into the other with the creation of separate vortex-forming cavities. The outer vortex tube is made longer than the inner vortex tube. A first axial displacer is installed along the axis of the inner vortex tube, which is longer than the inner vortex tube and creates a vortex-forming annular cavity, and a second axial displacer height-adjustable on the protruding part of the vortex tube is installed. The second axial displacer forms an adjustable annular gap for the product to flow from the inner vortex tube into the vortex ring excitation cavity. An acoustic chamber is located at the outlet of the external vortex tube, which ends with an outlet pipe. Pressure chambers at the inlet are equipped with control valves.
Вихревые трубы могут быть выполнены цилиндрическими, коническими или цилиндроконическими в различных сочетаниях. Предлагаемое техническое решение позволяет:Vortex tubes can be made cylindrical, conical or cylindrical in various combinations. The proposed technical solution allows you to:
- увеличить мощность и длительность акустического взаимодействия вихревых потоков за счет увеличения зоны возбуждения по окружности; - управлять кавитационно-акустическим возбуждением за счет разницы линейных скоростей внешнего и внутреннего вихрекольцевых потоков и изменения кольцевого зазора для истечения продукта из внутренней вихреобразующей кольцевой полости. Предлагаемое техническое решение допускает два варианта исполнения:- increase the power and duration of the acoustic interaction of the vortex flows by increasing the excitation zone around the circumference; - to control cavitation-acoustic excitation due to the difference in linear velocities of the external and internal vortex-ring flows and changes in the annular gap for the product to flow out of the internal vortex-forming annular cavity. The proposed technical solution allows two versions:
- со встречно направленными вихрекольцевыми потоками, т. е. взаимно противоположными направлениями вращения;- with counter-directed vortex-ring flows, i.e., mutually opposite directions of rotation;
- с одинаково направленными вихрекольцевыми потоками, т. е. вращающиеся в одном направлении.- with equally directed vortex flows, i.e., rotating in the same direction.
В случае встречно направленного вращения вихрекольцевых потоков происходит интенсивные сдвиговые деформации продукта, за счет того, что поверхностно-активный слой внутреннего вихрекольце- вого потока по всей окружности трется о внутреннюю поверхность на- ружного вихрекольцевого потока, при этом центробежные силы направлены в одну сторону, что способствует увеличению длительности возбуждения.In the case of counter-directed rotation of the vortex-ring flows, intense shear deformations of the product occur due to the fact that the surface-active layer of the inner vortex-ring flow along the entire circumference rubs against the inner surface of the external vortex-ring flow, while the centrifugal forces are directed in one direction, which helps to increase the duration of excitation.
В случае однонаправленного вращения вихрекольцевых потоков происходит, за счет разницы линейных скоростей, более мягкая и бо- лее длительная деформация трущихся поверхностей вихрекольцевых потоков, что значительно увеличивает время возбуждения и дает возможность плавного регулирования устойчивого акустического возбуждения.In the case of unidirectional rotation of the vortex-ring flows, due to the difference in linear velocities, a softer and longer deformation of the friction surfaces of the vortex-ring flows occurs, which significantly increases the excitation time and makes it possible to smoothly control stable acoustic excitation.
Особенности настоящего изобретения иллюстрируются чертежа- ми (фиг. 1 - фиг. 3).The features of the present invention are illustrated by drawings (FIG. 1 - FIG. 3).
Фиг. 1 - схема взаимодействия встречно направленных вихрекольцевых потоков в зоне их соприкосновения;FIG. 1 is a diagram of the interaction of counter-directed vortex-ring flows in the zone of their contact;
Фиг. 2 - схема взаимодействия одинаково направленных вихре- кольцевых потоков в зоне их соприкосновения (возбуждения); Фиг.З — конструкция устройства.FIG. 2 is a diagram of the interaction of equally directed vortices; ring flows in the zone of their contact (excitation); Fig.Z - design of the device.
На чертежах фиг. 1 и фиг. 2 условно изображены вращающиеся вихрекольцевыевые потоки: 1 - наружный поток, 2 - внутренний поток и 3 - граничная зона соприкосновения потоков. Граничная зона соприкосновения потоков 3 (наружного потока 1 и внутреннего потока 2) представляет собой окружность, по которой взаимодействуют наружная энергоактивная поверхность внутреннего потока 2 и внутренняя энергоактивная поверхность наружного потока 1. В результате сдвиго- вых деформаций в граничной зоне соприкосновения потоков 3 происходит акустическое возбуждение продукта. При этом схема по фиг. 1, со встречно направленными вращениями вихрекольцевых потоков, предпочтительна при деструкции, гомогенизации, диспергировании продуктов. Регулируя линейные скорости вихрекольцевых потоков, можно менять амплитудно-частотные характеристики и интенсивность возбуждения.In the drawings of FIG. 1 and FIG. 2 conventionally shown rotating vortex-ring flows: 1 - external flow, 2 - internal flow and 3 - boundary zone of contact of flows. The boundary contact zone of the flows 3 (external flow 1 and the internal flow 2) is a circle along which the external energy-active surface of the internal flow 2 and the internal energy-active surface of the external flow 1 interact. As a result of shear deformations, acoustic excitation occurs in the boundary contact zone of the flows 3 product. The circuit of FIG. 1, with counter-directed rotations of the vortex-ring flows, it is preferable for the destruction, homogenization, dispersion of products. By adjusting the linear velocity of the vortex-ring flows, one can change the amplitude-frequency characteristics and the intensity of excitation.
В случае использования схемы по фиг. 2 очевидно, что при равенстве линейных скоростей вихревых потоков реализуется режим вихревой трубы, а при разнице их формируется возбуждение, при этом, в случае кратности этих скоростей целому числу, возникает резонанс на низких частотах. Такой режим возбуждения эффективен при структурировании и активации продуктов при проведении физико-химических превращений.In the case of using the circuit of FIG. 2 it is obvious that when the linear velocities of the vortex flows are equal, the vortex tube regime is realized, and when the difference is different, excitation is formed, and, in the case of the multiplicity of these velocities to an integer, resonance at low frequencies occurs. This mode of excitation is effective in structuring and activating products during physical and chemical transformations.
Устройство для реализации этого способа тепломассоэнергообме- на условно изображено на фиг.З. Оно состоит из внешнего 4 и внутреннего 5 колпаков с входящими в них первой 6 и второй 7 магистралями, которые имеют первый 8 и второй 9 регулирующие вентили. Внешний 4 и внутренний 5 колпаки образуют раздельные первую 10 и вторую 11 расходно-напорные камеры. Первая расходно-напорная камера 10 раздельно сообщена первыми тангенциальными пазами 12 с полостью внешней вихревой трубы 13. Вторая расходно-напорная камера 1 1 раздельно сообщена вторыми тангенциальными пазами 14 с внутренней вихревой трубой 15, которая концентрично-соосно установлена внутри внешней вихревой трубы 13. Внутри внутренней вихревой трубы 15 установлен первый осевой вытеснитель 16, закрепленный на крышке 17. Внешняя вихревая труба 13 и первый осевой вытеснитель 16 длиннее внутренней вихревой трубы 15. Внешняя вихревая труба 13, внутренняя вихревая труба 15 и первый осевой вытеснитель 16 образуют первую 18 и вторую 19 вихрекольцевые полости. На выступающий из внутренней вихревой трубы 15 конец первого осевого вытеснителя 16 установлен второй осевой вытеснитель 20, диаметр которого больше диаметра первого осевого вытеснителя 16, за счет чего формируется вихрекольцевая зона возбуждения 21. Между выходным торцом внутренней вихревой трубы 15 и вторым осевым вытеснителем 20 образован кольцевой зазор 22 для истечения продукта из внутренней вихревой трубы 15 в зону возбуждения 21. На выходе наружной вихревой трубы 13 расположена акустическая камера 23, которая за- канчивается выходным патрубком 24.A device for implementing this method of heat and mass energy exchange is conventionally depicted in Fig.Z. It consists of external 4 and internal 5 caps with the first 6 and second 7 highways included in them, which have first 8 and second 9 control valves. External 4 and internal 5 caps form separate first 10 and the second 11 pressure chamber. The first flow-pressure chamber 10 is separately communicated by the first tangential grooves 12 with the cavity of the outer vortex tube 13. The second flow-pressure chamber 1 1 is separately communicated by the second tangential grooves 14 with the inner vortex tube 15, which is concentrically coaxially mounted inside the outer vortex tube 13. Inside the inner vortex tube 15 has a first axial displacer 16 mounted on the cover 17. The outer vortex tube 13 and the first axial displacer 16 are longer than the inner vortex tube 15. The outer vortex tube 13, inner the vortex vortex tube 15 and the first axial displacer 16 form the first 18 and second 19 vortex rings. On the end of the first axial displacer 16 protruding from the inner vortex tube 15, a second axial displacer 20 is installed, the diameter of which is larger than the diameter of the first axial displacer 16, due to which a vortex-ring excitation zone 21 is formed. An annular ring is formed between the output end of the inner vortex tube 15 and the second axial displacer 20 a gap 22 for the product to flow from the inner vortex tube 15 into the excitation zone 21. At the exit of the outer vortex tube 13 there is an acoustic chamber 23, which ends with an outlet pat com 24.
Работа устройства происходит следующим образом. Продукт по первой 6 и второй 7 входным магистралям через первый 8 и второй 9 регулирующие вентили поступает под давлением в первую 10 и вторую 1 1 расходно-напорные камеры и через первые 12 и вторые 14 тангенциальные пазы поступает в первую 18 и вторую 19 вихреобразующие кольцевые полости, где создаются вихрекольцевые потоки, вращающиеся в разных или одинаковых направлениях и перемещающиеся по оси в одном направлении. На выходе из внутренней вихревой трубы 15 через кольцевой зазор 22 вихрекольцевые потоки соединяются в один поток по схеме фиг. 1 или фиг.2, в зависимости от требования технологического процесса. Регулируя расходно-напорные параметры потоков первым 8 и вторым 9 регулирующими вентилями, создают разницу линейных скоростей вихревых потоков в первой 18 и второй 19 вихреобразующих кольцевых полостях, тем самым изменяя гидродинамический режим соприкосновения вихрекольцевых потоков, а следовательно, и амплитудн-частотные характеристики акустического возбуждения. Возбужденные потоки перемещаясь в вихрекольцевой зоне возбуждения 21 поступают в акустическую камеру 23 и выводятся через выходной патрубок 24 на использование.The operation of the device is as follows. The product along the first 6 and second 7 input lines through the first 8 and second 9 control valves enters under pressure in the first 10 and second 1 1 flow-pressure chambers and through the first 12 and second 14 tangential grooves enters the first 18 and second 19 vortex ring cavities where vortex-ring flows are created, rotating in different or identical directions and moving along the axis in one direction. At the exit of the inner vortex tube 15 through the annular gap 22 vortex-ring flows are connected into a single stream according to the scheme of FIG. 1 or 2, depending on the requirements of the process. By adjusting the flow-pressure parameters of the flows by the first 8 and second 9 control valves, they create a difference in the linear velocities of the vortex flows in the first 18 and second 19 vortex-forming annular cavities, thereby changing the hydrodynamic mode of contact of the vortex-ring flows and, therefore, the amplitude-frequency characteristics of acoustic excitation. The excited flows moving in the vortex-ring excitation zone 21 enter the acoustic chamber 23 and are output through the outlet pipe 24 for use.
Узлы и детали описанного устройства могут быть изготовлены на обычном оборудовании, что подтверждает промышленную применимость изобретения. Таким образом, применение способа тепломассоэнергообмена и устройства для его осуществления позволяет увеличить мощность и длительность акустического взаимодействия вихревых потоков и управлять кавитационно-акустическим возбуждением продукта в ограниченном пространстве. The nodes and parts of the described device can be manufactured on conventional equipment, which confirms the industrial applicability of the invention. Thus, the use of heat and mass energy exchange method and device for its implementation allows to increase the power and duration of the acoustic interaction of the vortex flows and to control cavitation-acoustic excitation of the product in a limited space.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008100061 | 2008-01-10 | ||
| RU2008100061/06A RU2350856C1 (en) | 2008-01-10 | 2008-01-10 | Heat and mass and energy exchange method and device for realisation thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2009091289A1 true WO2009091289A1 (en) | 2009-07-23 |
Family
ID=40542945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2008/000791 Ceased WO2009091289A1 (en) | 2008-01-10 | 2008-12-23 | Method for heat-mass-energy exchange and a device for carrying out said method |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2350856C1 (en) |
| WO (1) | WO2009091289A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112413917A (en) * | 2020-11-17 | 2021-02-26 | 南京航空航天大学 | Vortex tube with double-layer structure |
| CN113786786A (en) * | 2021-06-25 | 2021-12-14 | 广东富腾能源科技有限公司 | Reation kettle is used in light hydrocarbon fuel gasification |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1140837A (en) * | 1966-02-22 | 1969-01-22 | Ashbrook Corp | Method and apparatus for mixing streams of gas |
| RU2079067C1 (en) * | 1994-08-25 | 1997-05-10 | Чуркин Рудольф Кузьмич | Vortex thermotransformer |
| RU2106581C1 (en) * | 1996-05-23 | 1998-03-10 | Акционерное общество закрытого типа "Грааль" | Method and device for thermal stratification of gas |
| RU2268772C1 (en) * | 2004-12-21 | 2006-01-27 | Закрытое Акционерное Общество "Вектор" | Method of the heat-mass-power exchange and a device for its realization |
| RU2304261C1 (en) * | 2006-03-23 | 2007-08-10 | Овченкова Оксана Анатольевна | Method and device for heat and mass exchange |
-
2008
- 2008-01-10 RU RU2008100061/06A patent/RU2350856C1/en not_active IP Right Cessation
- 2008-12-23 WO PCT/RU2008/000791 patent/WO2009091289A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1140837A (en) * | 1966-02-22 | 1969-01-22 | Ashbrook Corp | Method and apparatus for mixing streams of gas |
| RU2079067C1 (en) * | 1994-08-25 | 1997-05-10 | Чуркин Рудольф Кузьмич | Vortex thermotransformer |
| RU2106581C1 (en) * | 1996-05-23 | 1998-03-10 | Акционерное общество закрытого типа "Грааль" | Method and device for thermal stratification of gas |
| RU2268772C1 (en) * | 2004-12-21 | 2006-01-27 | Закрытое Акционерное Общество "Вектор" | Method of the heat-mass-power exchange and a device for its realization |
| RU2304261C1 (en) * | 2006-03-23 | 2007-08-10 | Овченкова Оксана Анатольевна | Method and device for heat and mass exchange |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112413917A (en) * | 2020-11-17 | 2021-02-26 | 南京航空航天大学 | Vortex tube with double-layer structure |
| CN112413917B (en) * | 2020-11-17 | 2022-04-08 | 南京航空航天大学 | Vortex tube with double-layer structure |
| CN113786786A (en) * | 2021-06-25 | 2021-12-14 | 广东富腾能源科技有限公司 | Reation kettle is used in light hydrocarbon fuel gasification |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2350856C1 (en) | 2009-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6974305B2 (en) | Roto-dynamic fluidic systems | |
| RU2268772C1 (en) | Method of the heat-mass-power exchange and a device for its realization | |
| RU2344356C1 (en) | Method of heat-mass-power exchange and device for this effect | |
| RU2350856C1 (en) | Heat and mass and energy exchange method and device for realisation thereof | |
| RU2325959C2 (en) | Hydrodynamic generator of ultrasonic acoustic vibrations and method of its generating | |
| WO2008051115A1 (en) | Heat-mass-and-energy exchange method and a device for carrying out said method | |
| RU2304261C1 (en) | Method and device for heat and mass exchange | |
| RU2618078C1 (en) | Hydrodynamic mixer | |
| RU134076U1 (en) | DEVICE FOR HEAT AND MASS AND ENERGY EXCHANGE | |
| RU2488438C2 (en) | Device for physicochemical treatment of fluids | |
| RU2462301C1 (en) | Device for heat-mass-power exchange | |
| RU2658448C1 (en) | Multistage cavitation heat generator (embodiments) | |
| RU2335705C2 (en) | Method of operating steam boilers and hydrodynamic generator to this effect | |
| RU2252826C1 (en) | Rotary-pulse apparatus | |
| RU2166155C2 (en) | Hydrodynamic heat generator | |
| RU2331465C1 (en) | Device for heat, mass and energy exchange | |
| RU2213914C1 (en) | Method for vortex energy separation of gas flow and apparatus for performing the same | |
| RU32005U1 (en) | Ultrasonic Liquid Processing Device | |
| RU54816U1 (en) | DEVICE FOR PREPARING A WATER-MASSOUS EMULSION | |
| RU2215574C2 (en) | Device for dissolving, emulsification and dispersion of fluid media | |
| RU2228912C1 (en) | Device for ultrasonic treatment of liquids | |
| RU2472075C1 (en) | Hydrodynamic cavitator | |
| RU2227878C1 (en) | Method of and device for vortex energy separation of flow | |
| RU2354461C2 (en) | Generator of cavitation processes | |
| RU2658057C1 (en) | Heat and mass energy exchange device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 08870579 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 08870579 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |