Тороидально-вихревой способ охлаждения воздуха, или локализация природного смерча для технологических целей.
Предлагается организовать процесс охлаждения воздуха за счёт формирования в объёме относительно замкнутой сферы трёхмерного вихревого потока по типу само выворачивающегося бублика с использованием температурных процессов, протекающих в приосевой части по аналогии с таким природным явлением, как смерч.
В качестве близкой аналогии можно привести пример температурных процессов, протекающих в классической трубке Ранка-Хилша.
Если принять вихревые течения в классике Ранка-Хилша, как двухмерное (2D) – то предлагается для целей существенного повышения эффективности температурного разделения перейти к трёхмерному вихревому потоку (3D).
Такое трёхмерное распространение вихревого потока с температурным разделением может обеспечить только тороидальный вихрь по типу само выворачивающегося бублика и процессы, протекающие в приосевой части такого природном явлении, как смерч.
Конструктивно предлагается сформировать и локализовать тороидальный вихревой поток в замкнутой сфере.
Внутри замкнутой сферы сверху и снизу установлены два осевых конусных направляющих диффузора (рис. № 10.12.1).
Рис. № 10.12.1 Конструкция сферы с верхним и нижним направляющими формирования вихревого тороида.
Полноценный замкнутый вихревой тороидальный поток по типу само выворачивающегося бублика формируется встроенным осевым вентилятором за счёт направляющих конусных диффузоров.
Вентилятор – осевой. Лопасти размещены в внешнем статичном кольце. Лопасти вентилятора имеют конструктивную особенность, связанную с наличием осевой полно проходной безнапорной области, см. рис. № 10.12.2.
Рис. № 10.12.2. Вентилятор с безнапорной осевой частью.
Приосевая, без лопаточная, безнапорная область обеспечивает формирование двух коаксиальных вихревых противопотоков — один в другом. Таким образом вертикальный наружный коаксиальный вихревой поток формируется приводным винтом такой конструкции. Внутренняя приосевая вертикальная безнапорная область в этом случае будет относительно свободна от наружного вихревого потока.
Осталось грамотно организовать подвод и отвод воздуха в такую приосевую область сформированной вихревой структуры непосредственно для целей охлаждения.
Здесь прослеживается аналогия с 2D процессами, происходящими в классике Ранка – Хилша на поток разделительном конусном диффузоре при выводе отдельно “холодного” и отдельно “горячего” вихревых потоков.
Применительно к заявленному 3D вихревому потоку в оси каждого конусного диффузора размещены полно проходные отверстия, см. рис. № 10.12.3.
Рис. № 10.12.3. Схема ввода-вывода в сферу воздуха
Через них происходит принудительный ввод воздуха для охлаждения в приосевую противопоточную часть тороидального вихревого потока и после охлаждения — вывод охлаждённого воздуха для дальнейшего использования по назначению.
При этом самое главное–принудительный ввод воздуха для охлаждения обязательно должен проводиться с круткой, противоположной крутке осевого вертикального вихревого потока и строго в его противоток.
В конструктивном плане реализация заявленного способа представлена на рис. № 10.12.4
Рис. № 10.12.4. Тороидально-вихревой охладитель воздуха.
Внутри сферы сверху и снизу установлены два осевых конусных направляющих диффузора. В оси каждого конусного диффузора размещены полно проходные отверстия подвода и отвода воздуха охлаждения. С верха обеспечивается принудительный ввод воздуха для охлаждения непосредственно через конусный в диффузор. На выходе диффузора установлен лопаточный статический завихритель, обеспечивающий противоположную воздухом охлаждения крутку в внутренний приосевой поток. Встроенный осевой вентилятор за счёт направляющих конусных диффузоров внутри такой сферы формирует полноценный замкнутый вихревой тороидальный поток по типу само выворачивающегося бублика.
Для целей получения более низких температур воздуха предлагается часть охлаждённого воздуха использовать для охлаждения относительно горячих стенок сферы по аналогии с вихревыми трубками Ранка-Хилща согласно рис. № 10.12.5.
Рис. № 10.12.5. Тороидально-вихревой охладитель воздуха с дополнительным охлаждением корпуса сферы.
В вихревой трубке Рагка-Хилша для уменьшения температуры “холодного” потока дополнительно охлаждают наружную стенку, контактирующую с “горячим” потоком.
Такой подход предлагается организовать в заявленном тороидально-вихревом охладителе. Внешняя сфера, контактирующая непосредственно с “горячим” вихревым потоком дополнительно охлаждается теплообменом частью “холодного” воздуха.
Вывод:
Исходя из выше изложенного в сформированной таким образом трёхмерной вихревой структуре так называемый внешний “горячий” вихревой поток строго локализован и замкнут на себя. В отличии от процессов, протекающих в вихревых трубках Ранка-Хилша, в которых охлаждение и нагрев потоков протекает “за один проход” – в заявленном случае локализация внешнего “горячего” вихревой потока на самого себя обеспечит более эффективное охлаждение внутреннего вихревого противопотока в при осевой части при полной аналогии с природным явлением типа смерча.