Способ тепломассоэнергообмена и устройство для его осуществления
Группа изобретений относится к химическим, физическим, химико-физическим процессам, а именно к процессам, в которых для их осуществления используются звуковые или ультразвуковые колебания. Способ тепломассоэнергообмена заключается в формировании вихрекольцевых потоков сред, направлении их параллельно друг к другу с обеспечением частичного соприкосновения встречно направленных в радиальном и тангенциальном направлениях поверхностно-наружных слоев на глубину, обеспечивающую их акустическое возбуждение за счет деформационно-сдвигового взаимодействия, и последующее объединение возбужденных потоков, при этом один из вихрекольцевых потоков дополнительно направляют встречно остальным вдоль их осей. Устройство для тепломассоэнергообмена, содержащее сообщенные между собой частичным пересечением по образующим две трубы с тангенциальными вводами и акустическую камеру, причем тангенциальные вводы и выход одной из труб расположены по отношению к тангенциальным вводам и выходам остальных труб противоположно. Изобретение обеспечивает дополнительное возбуждение потоков в зоне их соприкосновения и повышение интенсивности тепломассоэнергообмена. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящая группа изобретений относится к химическим, физическим, химико-физическим процессам, а именно к процессам, в которых для их осуществления используются звуковые или ультразвуковые колебания.
В настоящее время известны способы тепломассоэнергообмена и устройства, действие которых основано на деформационном взаимодействии струйных потоков жидких сред. При указанном взаимодействии происходит акустическое возбуждение, преобразование потенциальной энергии в кинетическую с последующим тепломассоэнергообменом взаимодействующих сред (описания к патентам РФ №,№2268772, 7B01J 19/10, 27.01.06; 2331465, B01J 19/10 (2006.01), 20.08.08; 2462301, B01J 19/10 (2006.01), 27.09.12). Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу тепломассоэнергообмена является способ по патенту РФ №2268772. Этот способ заключается в том, что формируют вихрекольцевые потоки жидких сред, направляют их параллельно друг к другу с обеспечением частичного соприкосновения встречных в радиальном и тангенциальном направлениях поверхностно-наружных слоев на глубину, обеспечивающую их акустическое возбуждение за счет деформационно-сдвигового взаимодействия, и затем объединяют возбужденные потоки. Акустическое возбуждение обеспечивает тепломассоэнергообмен. При всех достоинствах этого способа он не лишен и недостатков: в отдельных случаях его использования он не обеспечивает требуемую практикой в настоящее время интенсивность процесса тепломассоэнергообмена.
Задачей настоящего изобретения является повышение интенсивности известного способа тепломассоэнергообмена.
Как показали исследования авторов, интенсивность тепломассоэнергообмена известного способа можно повысить путем реорганизации вихрекольцевых потоков жидких сред.
Поставленная задача решается тем, что в способе тепломассоэнергообмена, заключающемся в формировании вихрекольцевых потоков сред, направлении их параллельно друг к другу с обеспечением частичного соприкосновения встречных в радиальном и тангенциальном направлениях поверхностно-наружных слоев на глубину, обеспечивающую их акустическое возбуждение за счет деформационно-сдвигового взаимодействия, с последующим объединением возбужденных потоков, согласно изобретению, по меньшей мере, один из вихрекольцевых потоков направляют дополнительно встречно остальным вдоль их осей.
Способов тепломассоэнергообмена, в которых хотя бы один из вихрекольцевых потоков дополнительно направляют встречно к остальным, в технической литературе и патентных фондах авторами не обнаружено.
Предлагаемый способ тепломассоэнергообмена включает следующие действия: формирование вихрекольцевых потоков сред, направление их параллельно друг к другу с обеспечением частичного соприкосновения встречных в радиальном, тангенциальном и осевом направлениях поверхностно-наружных слоев на глубину, обеспечивающую их акустическое возбуждение за счет деформационно-сдвигового взаимодействия, причем, по меньшей мере, один из вихрекольцевых потоков направляют дополнительно встречно остальным вдоль их осей. Во время соприкосновения потоков происходят их сдвиговые деформации, резкий перепад давления между областью соприкосновения потоков и остальными частями потоков, акустические вибрации, пульсации и кавитации, распространяющиеся в радиальном, тангенциальном и осевом направлениях.
Техническим результатом решения поставленной задачи является дополнительное возбуждение потоков сред в зоне их соприкосновения.
Предлагаемый способ тепломассоэнергообмена может быть осуществлен с помощью усовершенствованного авторами известного устройства для тепломассоэнергообмена, действие которого основано на деформационном взаимодействии струйных потоков жидких сред. Известным и наиболее близким к заявляемому устройству для тепломассоэнергообмена по технической сущности является устройство по патенту РФ №2268772. Оно содержит сообщенные между собой частичным пересечением по образующим две трубы с тангенциальными вводами и акустическую камеру. При подаче через тангенциальные вводы жидких или газовых сред в трубы в последних формируются вихрекольцевые потоки, которые по спиральной траектории устремляются вдоль труб в акустическую камеру.
Предлагаемое для осуществления заявляемого способа устройство отличается от известного тем, что тангенциальные вводы и выход одной из труб расположены по отношению к тангенциальным вводам и выходу другой трубы противоположно.
Устройств для тепломассоэнергообмена, в которых тангенциальные вводы и выход одной из труб расположены по отношению к тангенциальным вводам и выходу другой трубы противоположно, в технической литературе и патентных фондах авторами не обнаружено.
В дальнейшем настоящее изобретение поясняется описанием примера конкретного, но не ограничивающего, осуществления и чертежами.
На фиг.1 изображено схематически предлагаемое устройство для тепломассоэнергообмена, в поперечном разрезе;
на фиг.2 - предлагаемое устройство по фиг.1 со снятыми патрубком 1, колпаком 5 и крышкой 3, вид сверху;
на фиг.3 - крышка 3 предлагаемого устройства, вид в поперечном сечении;
на фиг.4 - крышка 3 предлагаемого устройства, вид сверху;
на фиг.5 - дно 4 предлагаемого устройства, вид в поперечном сечении;
на фиг.6 - дно 4 предлагаемого устройства, вид сверху.
Устройство для тепломассоэнергообмена состоит из входного патрубка 1, блока 2 с крышкой 3, дном 4 и колпаком 5, размещенного в корпусе 6. Пространство между дном 4 и выходным патрубком 8 является акустической камерой 7. В блоке 2 выполнены четыре круглых цилиндрических сквозных отверстия 9, 10, 11, 12, причем отверстия 9 и 10 имеют диаметр несколько больший, чем отверстия 11, 12, и сообщены между собой частичным пересечением по образующим. Кроме того, в блоке 2 выполнены параллельно отверстию 10 отверстия 13. На одном из торцов блока 2 выполнены пазы 14, 15, расположенные тангенциально к отверстию 9; на другом торце блока 2 выполнены пазы 16, 17, расположенные тангенциально к отверстию 10. Пазы 14, 15 с крышкой 3, а также пазы 16, 17 с дном 4 образуют тангенциальные вводы. Отверстия 9, 10 с вводами образуют вихревые трубы. Отверстия 11, 12 сообщены с тангенциальными вводами, образованными пазами 16, 17 и дном 4. В крышке 3 выполнены отверстия: 18 - расположенное над выходом отверстия 10; 19, 20 - расположенные над отверстиями 11, 12 соответственно; 21 - расположенные над входами отверстий 13; в дне 4 выполнены отверстия: 22 - расположенное под выходом отверстия 9, и 23 - расположенные под выходами отверстий 13. Отверстие 10 через отверстие 18, колпак 5, отверстия 21, 13, 23 сообщается с камерой 7.
Конкретные размеры и материалы, из которых должно изготавливаться предлагаемое устройство, выбирают при конструировании в зависимости от реологических характеристик среды (плотности, вязкости), подлежащей обработке.
Процесс тепломассоэнергообмена в этом устройстве осуществляется следующим образом.
Жидкость или газ или их смесь (в дальнейшем среда) подается под давлением через входной патрубок 1, кольцевую щель между патрубком 1 и крышкой 3,боковые проточки (на фиг.2 показанные, но неоцифрованные) блока 2, вводы, образованные пазами 14, 15, отверстия 11,12 в блок 2. При этом одна часть среды через вводы, образованные пазами 14, 15, входит в вихревую трубу, образованную отверстием 9. В этой трубе формируется вихрекольцевой поток, который по спиральной траектории устремляется вдоль по трубе на выход 22. Другая часть среды через отверстия 11, 12 и вводы, образованные пазами 16, 17, входит в вихревую трубу, образованную отверстием 10. В этой трубе формируется вихрекольцевой поток, который по спиральной траектории устремляется вдоль по трубе в направлении противоположном потоку в вихревой трубе, образованной отверстием 9. В области частичного пересечения цилиндрических отверстий 9 и 10 потоки взаимодействуют между собой как в радиальном и тангенциальном, так и осевых направлениях. При этом в указанной области возникают: акустическое резонансное возбуждение, пульсации и кавитация, в результате которых и происходит тепломассоэнергообмен упомянутых частей среды. Возбужденный поток из отверстия 10 через отверстия 21, 13 поступает в отверстия 23. Затем возбужденные потоки, выходящие из отверстий 22 и 23, поступают в акустическую камеру 7, где они объединяются и подвергаются дополнительному возбуждению, затем в выходной патрубок 8.
Сравнение предлагаемых способа тепломассоэнергообмена и устройства с известными, взятыми за прототипы, показывает, что предлагаемый способ позволяет проводить тепломассоэнергообмен с большей интенсивностью, а устройство - реализовать его.
1. Способ тепломассоэнергообмена, заключающийся в формировании вихрекольцевых потоков сред, направлении их параллельно друг к другу с обеспечением частичного соприкосновения встречно направленных в радиальном и тангенциальном направлениях поверхностно-наружных слоев на глубину, обеспечивающую их акустическое возбуждение за счет деформационно-сдвигового взаимодействия, с последующим объединением возбужденных потоков, отличающийся тем, что по меньшей мере один из вихрекольцевых потоков дополнительно направляют встречно остальным вдоль их осей.
2. Устройство для тепломассоэнергообмена, содержащее сообщенные между собой частичным пересечением по образующим по меньшей мере две трубы с тангенциальными вводами и акустическую камеру, отличающееся тем, что тангенциальные вводы и выход одной из труб расположены по отношению к тангенциальным вводам и выходам остальных труб противоположно.
