Способ создания резонансных колебаний жидкостной системы

 

Сущность изобретения: для создания резонансных колебаний жидкостной системы при воздействии на нее с частотой собственных колебаний жидкостную систему герметизируют с образованием газовой полости, объем которой устанавливают не более определенного по соотношению: , где V - объем газовой полости, м³ , l - длина аппарата с жидкостной системой, м, P - давление газа в газовой полости, Па, F - площадь сечения аппарата, м² , f - частота собственных колебаний жидкостной системы, Гц, γ - показатель политропы, r - плотность жидкости, кг / м³. 1 ил.

Изобретение относится к пульсационной технике и может быть использовано для пульсационных аппаратов различного назначения.

Известен способ создания резонансных колебаний жидкостной системы (при ее размещении на упругом основании) или отдельных ее элементов с помощью вибропривода, заключающийся в уравнивании частоты колебаний вибропривода с собственной частотой ее колебаний (Городецкий И. Я. и др. Вибрационные массообменные аппараты. М. : Химия, 1980, с.25; Вибрации в технике. Справочник. Т.4. Вибрационные процессы и машины. М., 1981, с.409. Кармазин В.Д. Техника и применение вибрирующего слоя. Киев: Наукова думка, 1977, с.114). Основной недостаток этого способа - недостаточная эффективность процессов, протекающих в резонансных условиях, из-за отсутствия мощных динамических воздействий на жидкость.

Известен также способ создания резонансных колебаний системы, заключающийся в том, что колебания системы осуществляют на одном конце горизонтального аппарата, а на противоположном его конце размещают пружинный амортизатор, выполняющий функции упругого тела. Однако указанный способ требует усложненной конструкции аппарата вследствие несбалансированности динамических нагрузок и наличия амортизатора. Из-за ограничений допустимой интенсивности колебательных воздействий способ малоэффективен.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту (прототип) к заявляемому способу является способ создания резонансных колебаний, заключающийся в уравнивании частоты колебаний, сообщаемых источником колебательных импульсов жидкости с размещенным в ней упругим телом, с собственной частотой его колебаний. Основной недостаток способа заключается в том, что система не регулируема по частоте резонансных колебаний, поскольку имеется возможность ее работы только при определенных частотах, кратных объему погруженного в жидкость упругого тела. При отклонении объема упругого тела от заданного, возможном при его изготовлении наблюдается изменение частоты колебаний самого упругого тела, приводящее к необходимости регулирования частоты колебания - источника колебательных импульсов для совпадения ее с частотой колебаний этого тела.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности, упрощение конструкции аппарата за счет кавитационных эффектов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе создания резонансных колебаний жидкостной системы при воздействии на нее с частотой собственных колебаний жидкостную систему герметизируют с образованием газовой полости, объем которой устанавливают не более определяемого по соотношению: V= , где V - объем газовой полости, м³; l - длина аппарата с жидкостной системой, м; Р - давление газа в газовой полости, Па; F - площадь сечения аппарата, м²; f - частота собственных колебаний жидкостной системы, Гц; γ - показатель политропы; ρ - плотность жидкости, кг/м³.

Повышение эффективности достигается тем, что при резонансных воздействиях с собственной частоты колебаний системы свободная газовая полость, имеющаяся в герметизированной жидкостной системе над уровнем жидкости, приобретает подвижность, в результате которой в жидкости возникают кавитационные явления. Это происходит благодаря возникновению в жидкостной системе при резонансных колебательных воздействиях больших растягивающих напряжений, приводящих к понижению давления и перераспределению газа. Газ интенсивно воздействует на непосредственно контактирующую с ним жидкость, что приводит к ее турбулизации. Благодаря этому повышается эффективность протекающих в ней обменных процессов. Повышение надежности обеспечивается тем, что при возникновении кавитационных эффектов область их существования имеет лишь нижнюю границу по частоте колебаний, определяемую собственной частотой колебаний системы, практически без ограничения ее верхней границы. Это позволяет регулировать частоту колебаний в широком диапазоне при устойчивом состоянии кавитационного режима.

Упрощение конструкции аппарата, реализующего этот способ, достигается тем, что ею может служить пустотелая герметичная емкость, не требующая введения упругих элементов, что упрощает ее эксплуатацию и позволяет интенсифицировать обменные процессы. Возможно его применение как в горизонтальных, так и вертикальных емкостях.

На чертеже изображена установка для реализации способа.

Установка состоит из герметичной емкости 1, заполнение которой жидкостью производят с образованием газовой полости 2. Емкость 1 установлена на направляющих 3 с возможностью возвратно-поступательных перемещений при соединении ее с генератором колебаний 4.

Установка работает следующим образом.

При включении генератора колебаний 4 емкости 1 сообщают возвратно-поступательные движения с частотой собственных колебаний системы. Газовая полость 2 перераспределяется с заполнением занимаемого ею объема жидкостью, которая турбулизуется образующимися газовыми факелами. В результате жидкость подвергается мощным динамическим воздействиям, приводящим к повышению эффективности процесса. С увеличением частоты колебаний устойчивый кавитационный режим сохраняется, динамические воздействия возрастают.

П р и м е р конкретного выполнения. В герметичной камере диаметром 0,03 м и длиной 0,25 м экстракция маральего корня в 40%-ном растворе этилового спирта в соотношении 10 г твердого на 180 г жидкости в течение 1,5 ч при амплитуде колебаний в 2 мм и частоте 40 Гц сопровождается выходом целевого продукта, превышающим выход в условиях естественного настаивания в течение 20 суток.

Таким образом, способ позволяет при использовании традиционной емкостной пустотелой аппаратуры существенно повысить эффективность обменных процессов, стабилизировать и интенсифицировать их протекание.

Формула изобретения

СПОСОБ СОЗДАНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЖИДКОСТНОЙ СИСТЕМЫ, заключающийся в колебательном воздействии на нее с частотой собственных колебаний, отличающийся тем, что жидкостную систему герметизируют с образованием газовой полости, объем которой устанавливают не более определяемого по соотношению V = ,
где V - объем газовой полости, м³;
l - длина аппарата с жидкостной системой, м;
P - давление газа в газовой полости, Па;
f - частота собственных колебаний жидкостной системы, Гц;
γ - показатель политропы;
ρ - плотность жидкости, кг/м³;
π - число Пи.

F - площадь сечения аппарата, м².

РИСУНКИ

Рисунок 1