Устройство для создания ламинарных течений с низким уровнем начальной турбулентности

Изобретение относится к области создания ламинарных течений с низким уровнем начальной турбулентности и относится к технологии создания сверхчистых помещений в полупроводниковой промышленности и медицине, к разработке эффективных кондиционеров и к областям аэрогидродинамики, в которых возникает необходимость создания ламинарных струйных течений с формируемым профилем скорости. Заявленное устройство направлено на уменьшение интенсивных процессов турбулентного перемешивания. Это достигается тем, что ресивер с охлажденной средой расположен на входе вертикального канала, в конце которого установлен набор мелкоячеистых сеток, имеющих переменное по сечению канала гидравлическое сопротивление, обеспеченное подбором размеров и количества ячеек сетки, а на расстоянии порядка 10 диаметров выходного отверстия от выхода из канала вниз по потоку установлено отсасывающее устройство. 3 ил.

 

Изобретение относится к области аэродинамики и ко многим отраслям народного хозяйства, в которых возникает необходимость создания воздушных ламинарных завес с минимальными свойствами перемешивания с окружающей средой. Это могут быть чистые рабочие места (чистой зоны), которые крайне необходимы в медицине, микроэлектронике, производстве лекарственных препаратов и др. Стандартное решение такой задачи - это организация «чистой комнаты», что является дорогостоящим мероприятием и в зависимости от класса чистоты составляет от 400 $/кв.м. Одним из способов уменьшения затрат является создание локальных чистых зон с определенным классом чистоты воздушной среды. Как правило, чистая зона - это изолированное пространство в виде бокса [1].

Наиболее близким к заявленному устройству является способ формирования профиля скорости пограничного слоя в аэродинамических трубах с помощью мелкоячеистых сеток [2]. Его недостатками являются сложность воссоздания необходимого для пограничного слоя уровня и масштабов пульсаций и наличие при этом интенсивных процессов турбулентного перемешивания.

Создание ламинарных воздушных завес с отсутствием перемешивания с окружающей средой - непростая задача, поскольку резкое изменение скорости у границы завесы приводят к смешению с внешними массами.

Применение заявленного устройства приводит к уменьшению или отсутствию перемешивания ламинарной завесы с внешней средой.

Указанный результат достигается тем, что ресивер с охлажденной средой расположен на входе вертикального канала, в конце которого установлен набор мелкоячеистых сеток, имеющих переменное по сечению канала гидравлическое сопротивление, обеспеченное подбором размеров и количества ячеек сетки. А также размещением отсасывающего устройства на расстоянии порядка 10 диаметров выходного отверстия от выхода из канала вниз по потоку.

Отличительными признаками заявленного устройства являются:

- расположение ресивера с охлажденной средой на входе вертикального канала;

- установление на выходе из канала набора мелкоячеистых сеток с переменным по сечению канала гидравлическим сопротивлением за счет подбора размеров и количества ячеек сетки;

- установление на расстоянии порядка 10 диаметров выходного отверстия от выхода из канала вниз по потоку отсасывающего устройства.

Расположение ресивера с относительно охлажденной средой на входе вертикального канала приводит к ускорению струйного течения и способствует его ламиниризации. В ресивере достаточно понизить температуру среды на 1 градус. Установление на выходе из канала набора мелкоячеистых сеток с переменным по сечению канала гидравлическим сопротивлением за счет подбора размеров и количества ячеек сетки позволяет сформировать нужный ламинарный профиль скорости и существенно понизить уровень начальных возмущений в набегающем потоке.

Установление на расстоянии порядка 10 диаметров выходного отверстия от выхода из канала вниз по потоку отсасывающего устройства позволяет формировать ламинарное течение с минимальными процессами перемешивания и повторно использовать уже очищенные от примесей потоки.

Сущность устройства поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3, а также нижеследующим описанием. На фиг.1 представлена схема устройства.

Ресивер обозначен поз.1, поз.2 обозначен набор сеток на выходе из канала, поз.3 обозначено отсасывающее устройство.

Проверка заявленного устройства для получения ламинарной завесы без смешивания с внешней средой неоднократно проверялась в эксперименте. На фиг.2 представлено обычное струйное течение без сеток и без отсасывающего устройства с интенсивным турбулентным перемешиванием. На фиг.3 - фотография ламинарной струи с сетками и с отсасывающим устройством. Течение при этом ламинарное и устойчивое. На границах струи ввиду отсутствия завихренности перемешивание с внешней средой отсутствует.

Экспериментально также подтверждено, что размещение препятствия в зону завесы не нарушает устойчивости ламинарного течения и не приводит к перемешиванию на границе струи.

Представленные фотографии подтверждают работоспособность данного устройства.

Физическое объяснение обнаруженного эффекта связано с двумя эффектами. Первый эффект обусловлен созданием ламинарного профиля скорости с широкими слоями смешения на границах струи, для которых характерно нарастание крупномасштабных возмущений порядка 10 толщин слоя смешения. Мелкие, наиболее опасные возмущения при этом не нарастают.

Второй эффект обусловлен созданием ускоряющихся ламинарных струй, которые оказываются устойчивыми и в которых отсутствует интенсивное турбулентное перемешивание на границах струй.

Данный способ создания ламинарных зон позволяет без больших затрат организовывать чистые рабочие места.

Источники информации

1. «Чистые помещения» под ред. Федотова А.Е., Асинком, 2003 г., 756 стр.

2. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения. Методы и приборы. М., Наука, 1964.

Устройство для создания ламинарных течений с низким уровнем начальной турбулентности с помощью мелкоячеистых сеток, отличающееся тем, что ресивер с охлажденной средой расположен на входе перед вертикальным выходным каналом, в конце которого установлен набор мелкоячеистых сеток с переменным по сечению гидравлическим сопротивлением за счет подбора размеров и количества ячеек сеток, на расстоянии порядка 10 диаметров выходного отверстия канала установлено отсасывающее устройство.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может найти применение в нефтехимической, химической, строительной и других отраслях промышленности при перемещениях высоковязких ньютоновских и неньютоновских жидкостей, суспензий, эмульсий и растворов.

Изобретение относится к устройствам, снижающим гидравлическое сопротивление трубопровода при перекачивании по нему жидкостей, и может найти применение при гидротранспорте нефтей, масел, растворов, эмульсий, суспензий, воды, расплавов полимеров других ньютоновских и неньютоновских жидких сред.

Изобретение относится к устройствам для увеличения скорости ламинарного течения естественных конвекционных воздушных потоков земной атмосферы и может найти применение в ветроэнергетике.

Изобретение относится к транспортировке высоковязких жидкостей по трубопроводу и может быть использовано в различных отраслях промышленности для транспортировки жидкостей к потребителю, а конкретнее в нефтяной промышленности при перекачке нефти и нефтепродуктов.

Изобретение относится к системе выпрямления потока текучей среды посредством выпрямляющего устройства на участке трубопровода. .

Изобретение относится к энергетике, в частности к области производства тепловой и электрической энергии на тепловых и атомных электростанциях, и может быть использовано в трубопроводах с двухфазными потоками.
Изобретение относится к теплоэнергетике, позволяет повысить экономичность, эффективность, надежность и ресурс трубопроводных систем. .
Изобретение относится к способу воздействия на реологические свойства жидкой среды, которая находится во взаимодействии, по меньшей мере, с одной соответствующей детали установки или машины граничной поверхностью.

Изобретение относится к области аэрогидродинамики и, в частности, к способам улучшения аэроакустических характеристик путем воздействия на поток текучей среды, обтекающий поверхность элементов конструкции.

Изобретение относится к способу транспортировки по трубопроводу вязких нефтей и нефтепродуктов, может быть использовано в нефтяной промышленности для повышения эффективности перекачивания по трубопроводу вязких нефтей и нефтепродуктов

Изобретение относится к устройствам для распределения газового потока, вводимого в аппарат, и может быть использовано в аппарате для очистки газа от твердых частиц, сушильных установках, приточной вентиляции

Изобретение относится к средствам воздействия на поток текучей среды

Изобретение относится к области аэромеханики и может быть использовано в воздушном транспорте для уменьшения сопротивления трения движущегося объекта при его обтекании потоком воздуха, а также в устройствах для управления структурой пристенной турбулентности

Изобретение относится к авиации, а именно к устройствам для отсоса пограничного слоя

Изобретение относится к гофрированным трубам (в том числе к шлангам), предназначенным для транспортирования газов и газожидкостных смесей

Изобретение относится к области измерения потребления газа посредством тепловых датчиков расхода

Изобретение относится к прикладной аэрогидродинамике и может быть использовано для создания труб с пониженным уровнем пульсации низкоскоростного потока в их рабочей части

Изобретение относится к области добычи газа и газоконденсата и касается вопроса повышения производительности добычных скважин

Диффузор // 2384760
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в качестве устройства для профилирования поля скоростей потока жидкости при выполнении функций входной камеры раздачи греющего жидкометаллического теплоносителя по трубам теплообменника
Наверх