Рассматриваются и тестируются механические способы формирования внутри вихревой трубки   сверхвысокоскоростных волновых движений среды.  

Эффект терморазделения (стратификации) газов был случайно открыт французским инженером Жоржем Жозефом Ранком, которому 12 декабря 1931 г. На заседании Французского физического общества открытие Ранка было встречено в штыки, а опытные данные  были объявлены ошибкой эксперимента.

При этом Вихревая трубка в настоящее время является самым простейшим устройством  с точки зрения  технической реализации терморазделительного устройства (эффекта энергоразделения Ранка-Хилша) и используемым во многих отраслях промышленности, медицины и т.п.

В конструктивном плане это может быть отрезок трубы. С одной стороны внутрь тангенциально подаётся исходный поток с температурой Т.  С этой же стороны установлена диафрагма, откуда выходит  поток с температурой Т-.  На противоположном торце установлен конусовидный диффузор,  из щелей которого выходит поток с температурой Т+. 

Теоретические аспекты, протекающие внутри закрученных трубок (эффект энергоразделения Ранка-Хилша) и практическое применение в технике  в настоящее время достаточно подробно и широко изложены и используется в различных областях.

Закрутка потока является эффективным средством интенсификации тепломассообменных процессов в энергетических установках . Вращательное движение рабочего тела вызывает не только массовую, но и температурную стратификацию (разделение)  потока, обуславливающую появление эффекта Ранка-Хилша.

Единственным недостатком существующих на сегодняшний день конструкций закрученных труб является их относительно низкая энергетическая эффективность. При этом даже небольшое улучшение энергетических показателей современных закрученных труб позволит расширить область их применения.

В связи с этим повышение эффективности  терморазделительных закрученных трубок является актуальной задачей.

Способ повышения эффективности терморазделения в вихревой трубке напрашивается сама собой – нужно увеличить скорость закрученного потока. Но увеличение скорости связано напрямую или с повышением давления или с уменьшением площади проходного поперечного сечения  завихрителя. Что в свою очередь в первом случае – приводит к усложнению конструкции, а во втором случае – приводит к  уменьшению  терморазделения.

Выход из этой ситуации предлагается мной в формировании механическим способом внутри вихревой трубки   сверхвысокоскоростного закрученного потока благодаря  волновому движению  источников закрученного потока.  

Волновое движение источников закрученного потока —  это не движение среды, а движение так называемого состояния среды, переносящее энергию (давление) среды сформированному в вихревой трубке вихревому потоку.

При этом сами источники закрученного потока могут быть  как прямоточные (так называемые формирователи 2D- структруры) , так и с  дополнительными завихрителями  (так называемые формирователи  3D- структуры).

Суть идеи заключается в том, чтобы  механическим способом формировать так называемую “бегущую дорожку” на плоскости или в пространстве из чередующихся открывающихся/закрывающихся отверстий, через которые  пропускать под давлением среду (жидкость, газ).

         Исходя из выше изложенного  внутри вихревой трубки можно   формировать  сверхвысокоскоростной волновой фронт среды (вихревой поток), не доступный классическому способу тангенциального подвода среды к вихревой трубке.

В конструктивном плане  возможны три способа формирования сверхвысокоскоростного волнового фронта внутри вихревой трубки.

1. Вдоль всей внешней поверхности вихревой трубки.
2. В боковой поверхности трубки.
3. Комбинированный одновременно по всей поверхности и в боковой поверхности.

Рассмотрим первый способ формирования сверхвысокоскоростного волнового фронта вдоль всей внешней поверхности вихревой трубки.

В конструктивном плане он представляет собой один цилиндр с профилированными отверстиями, который  принудительно вращается снаружи неподвижного корпуса трубки Ранка. Вся внешняя поверхность трубки Ранка имеет также  профилированные отверстия, но уже с тангенциальным наклоном  по ходу вращения наружного так называемого “горячего” потока трубки Ранка. Снаружи общей поверхности трубки Ранка создаём  повышенное давление среды и одновременно приводим во вращение внешний цилиндр с профилированными отверстиями . 

В  каждый момент времени только одно окошко из множества  подвижного вращающегося внешнего цилиндра и одно окошко стационарного корпуса трубки Ранка полностью совпадут друг с другом.  Внешние виды вращающегося цилиндра с сегментами определённой длинны и наклона, а также отверстия в корпусе самой трубки Ранка приведены на Рис. 1.

Рис. 1. Внешний вид  вращающегося и не подвижного элементов Вихревой трубки.

Это означает что в каждый момент времени на всей поверхности вихревой трубки в динамике формируется только одно полно проходное тангенциальное отверстие  подвода  давления среды внутрь, которое можно сказать – “как бы бежит” во времени по спирали внешней поверхности трубки Ранка.

Благодаря такой организации формируется  внутри вихревой трубки устойчивый спиральный сверхвысокоскоростной волновой фронт среды, благодаря которому эффективность терморазделения выше классических схем.

Рассмотрим второй  способ формирования сверхвысокоскоростного волнового фронта в боковой поверхности  вихревой трубки.

В конструктивном плане он представляет собой один диск с профилированными отверстиями, который  принудительно вращается с  наружи  боковой   неподвижной поверхности  или со стороны холодного выхода противоточной вихревой трубки, или со стороны заглушенной боковой поверхности  прямоточной вихревой трубки.

Внешняя боковая неподвижная  поверхность вихревой  трубки имеет также  профилированные отверстия может быть как  с тангенциальным наклоном  по ходу вращения закрученного потока, так и без наклона. Снаружи боковой поверхности трубки Ранка создаём  повышенное давление среды и одновременно приводим во вращение внешний диск с профилированными отверстиями . 

В  каждый момент времени только одно окошко из множества  подвижного вращающегося внешнего диска и одно окошко боковой поверхности трубки Ранка полностью совпадут друг с другом.  Внешние виды вращающегося диска с сегментами определённой длинны и наклона, а также отверстия в неподвижного диска – боковой поверхности вихревой трубки приведены на Рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид  вращающегося и не подвижного дисков боковой поверхности Вихревой трубки.

Это означает что в каждый момент времени на боковой  поверхности вихревой трубки в динамике формируется только одно полно проходное тангенциальное отверстие  подвода  давления среды внутрь, которое можно сказать – “как бы бежит” во времени по спирали боковой  поверхности трубки Ранка.

Благодаря такой организации формируется  в боковой поверхности вихревой трубки устойчивый спиральный сверхвысокоскоростной волновой фронт среды, благодаря которому эффективность терморазделения  выше классических схем.

Также на основе второго способа формирования сверхвысокоскоростного волнового фронта в боковой поверхности  вихревой трубки мной изготовлен и испытан вихревой фильтр  очистки воды и различные типы тепло генераторов, которые наиболее полно изложены здесь в профильных разделах.

Рассмотрим третий  способ формирования сверхвысокоскоростного волнового фронта  одновременно по всей поверхности и в боковой поверхности вихревой трубки.

Рассмотрев выше заявленные два способа —  третий способ означает что в каждый момент времени на всей поверхности вихревой трубки  как  снаружи, так и с боку в динамике формируется только одно полно проходное тангенциальное отверстие  подвода  давления среды внутрь, которое можно сказать – “как бы бежит” во времени по спирали по всей поверхности вихревой трубки.

Благодаря такой организации формируется  объёмный  устойчивый спиральный сверхвысокоскоростной волновой фронт среды, благодаря которому эффективность терморазделения  выше классических схем.

Были проведены практические работы, подтверждающие повышение эффективности  терморазделения вихревой трубки благодаря   заявленной идее.