Известно, что закрутка одного потока  является эффективным средством интенсификации тепломассообменных процессов в энергетических установках. Вращательное движение рабочего тела вызывает не только массовую, но и температурную стратификацию (разделение)  потока.

В настоящее время повышение эффективности  тепломассообменных процессов в энергетике является актуальной задачей.

Способ повышения эффективности  тепломассообменных процессов напрашивается сама собой – нужно увеличить скоростные характеристики потока (потоков) или переходить на многомерные способы формирования вихревого потока по типу канатной свивки, т.е. по типу процессов, происходящих в таких природных явлениях, как смерч или торнадо.

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 в формировании механическим способом  сверхвысокоскоростного многомерного вихревого потока благодаря  волновому сверх высокоскоростному движению (например – по спирали)  множества отдельных источников первичных закрученных потоков .  

Увеличение скоростных характеристик отдельных закрученных потоков и переход на многомерный способ формирования одного полноценного вихревого потока  из отдельных закрученных потоков  – на порядок повысит энергетические характеристики тепломассообменных процессов.

Заявленные ниже практические конструкции генераторов многомерных вихревых потоков со структурой канатной свивки  основываются на  следующей идее:

 http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9155.html 

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

        Возможны три способа формирования многомерных вихревых потоков.

1. На плоскости.
2. В цилиндре.
3. Комбинированный.

Рассмотрим первый  способ формирования многомерного вихревого потока со структурой канатной свивки.

В конструктивном плане способ  представляет собой один диск с профилированными отверстиями, который  принудительно вращается с  соосно с неподвижным диском, также с строго профилированными отверстиями.

В  каждый момент времени только одно отверстие из множества  подвижного вращающегося внешнего диска и одно отверстие неподвижного диска полностью совпадут друг с другом. 

Конструктивное исполнение способа представлено на рис. № 17.1

Рис. № 17.1. Механическая дисковая много клапанная система формирования сверх высокоскоростного многомерного закрученного течения.

При вращении одного диска относительно другого,  можно сказать, что одно полно проходное отверстие между обоими дисками – “как бы бежит” во времени по спирали со сверхвысокой скоростью.

Каждое отверстие одного диска снабжается отдельным завихрителем любого типа (шнековый, ленточный и т.п.).

Через такую вращающуюся систему подаётся под давлением любая среда (жидкость, газ).

На выходе формируется устойчивый многомерный вихревой поток со структурой по типу канатной свивки. В такой вихревой структуре проявляются интересные тепломассообменные процессы, о которых более подробно заявлено в других главах настоящей книги.

Рассмотрим второй способ формирования многомерного вихревого потока.

В конструктивном плане он представляет собой один цилиндр с профилированными отверстиями, который  принудительно вращается снаружи неподвижного цилиндра, также с профилированными отверстиями.

В  каждый момент времени только одно окошко из множества  подвижного вращающегося внешнего цилиндра и одно окошко неподвижного цилиндра полностью совпадут друг с другом. 

Конструктивное исполнение способа представлено на рис. № 17.2

Рис. № 17.2. Ротационная много клапанная цилиндрическая система формирования сверх высокоскоростного волнового фронта  любой среды.

При вращении одного цилиндра относительно другого,  можно сказать, что одно полно проходное отверстие между обоими цилиндрами – “как бы бежит” во времени по спирали со сверхвысокой скоростью.

Каждое отверстие одного цилиндра снабжается отдельным завихрителем любого типа (шнековый, ленточный и т.п.).

Через такую вращающуюся систему подаётся под давлением любая среда (жидкость, газ) во внутреннюю часть .

Внутри формируется устойчивый многомерный вихревой поток со структурой по типу канатной свивки. В такой вихревой структуре проявляются интересные тепломассообменные процессы, о которых более подробно заявлено в других главах настоящей книги.

Практические конструкции генераторов многомерных вихревых потоков со сверх высокоскоростным волновым фронтом представлены на рис. № 17.3. – 17.11.

Рис. № 17.3. Вариант конструктивного исполнения генератора воздушного многомерного вихревого  потока со сверх высокоскоростным волновым фронтом № 1.

Рис. № 17.4. Вариант конструктивного исполнения генератора воздушного многомерного вихревого  потока со сверх высокоскоростным волновым фронтом № 2.

Рис. № 17.5. Вариант конструктивного исполнения генератора многомерного вихревого  потока жидкости со сверх высокоскоростным волновым фронтом № 3.

Рис. № 17.6. Вариант конструктивного исполнения генератора воздушного многомерного вихревого  потока со сверх высокоскоростным волновым фронтом № 4.

Рис. № 17.7. Вариант конструктивного исполнения генератора воздушного многомерного вихревого  потока со сверх высокоскоростным волновым фронтом № 5.

Рис. № 17.8. Вариант конструктивного исполнения генератора воздушного многомерного вихревого  потока со сверх высокоскоростным волновым фронтом № 6.

Рис. № 17.9. Вариант конструктивного исполнения генератора воздушного многомерного вихревого  потока со сверх высокоскоростным волновым фронтом № 7.

Рис. № 17.10. Вариант конструктивного исполнения генератора воздушного многомерного вихревого  потока со сверх высокоскоростным волновым фронтом № 8.

Рис. № 17.11. Вариант конструктивного исполнения генератора многомерного вихревого  потока жидкости со сверх высокоскоростным волновым фронтом № 9.

Известно, что классические дефлаграционные (дозвуковые) горелки в технологическом нагревательном оборудовании всех современных производственных процессов, это  устройства,  которые обеспечивают устойчивое сгорание топлива с возможностью регулирования процесса горения.

Эффективность таких дозвуковых горелочных устройств в любом случае ограничена физическими законами дозвукового горения.

Выход один!

Нужно переходить от дозвукового горения к сверхзвуковому управляемому детонационному горению.

Известно также, что управляемое детонационное (сверхзвуковое) горение имеет следующие неоспоримые преимущества по сравнению с классическим дефлаграционным (дозвуковым):

 1.    Детонация в атмосферу от одного источника детонационного горения представляет собой взрыв, в котором взрывная волна распространяется со скоростью 2000-3000 м/с, температура горения достигает 3000-3500 °С.

2.    Детонация в атмосферу нескольких источников с линейным распространением  взрывных волн в одну точку сжатия формируют запредельные давления и температуры.

3.    При таких температурах в продуктах детонационного горения происходит разрыв прочной связи атомов углерода с атомами кислорода, т.е. термическое разложение СО2. (зелёная энергетика).

4.    При детонации химическая реакция окисления горючего протекает при более высоких значениях температуры и давления за сильной ударной волной, бегущей со сверхзвуковой скоростью.

5.    Мощность тепловыделения в детонационном фронте на несколько порядка выше дефлаграционного фронта (обычного горения).

6.    При прочих равных условиях детонационное сгорание горючей смеси позволяет получить максимальную полезную работу по сравнению с дефлаграционным горением, т.е. позволяет получить максимальный термодинамический КПД.

7.    Продукты детонации обладают огромной кинетической энергией.

8.    Теплопередача от продуктов детонации к теплоносителю существенно выше, чем при использовании обычного горения, ввиду огромной конвективной составляющей.

9.    Снижен расход топлива по сравнению с существующими горелками  равной тепловой мощности, т.к. работают в импульсном режиме с частотой от 1 Гц до 1 кГц и выше.

 К сожалению  в настоящее время технологии детонационного горения в промышленности широко не используются, не развиваются и не систематизируются. Единственное, где  такие технологии “развиваются” – это только оборонка. Но об этом мы говорить не будем.

На основании систематизации и анализа всех существующих и будущих источников детонационного горения, которые подробно изложены в книге № 2  настоящего многотомника “ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЕЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ” предлагаются к применению высокочастотные  детонационные горелки, как лучшая альтернатива классическим дефлаграционным (дозвуковым) горелкам нагревательного оборудования промышленного производства.  

Предлагаются несколько типов высокочастотных источников детонационного горения:

(А.8) ДЕТОНАЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ  С МЕХАНИЧЕСКОЙ СВЕРХ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ СИСТЕМОЙ КЛАПАНОВ ТОРЦЕВОГО ВВОДА ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ.

Известно, что классические импульсные детонационные источники энергии представляют собой длинные трубы (детонационные камеры), по которым с небольшой частотой следуют ударные волны. В таких двигателях труба заполняется смесью топлива/окислителя, а затем инициируется  детонационное горение  с формированием ударной волны.

 Слабым звеном в такой цепочке выступает форсунка формирования топливовоздушной смеси в объёме трубы детонационного горения.

Распылительная форсунка с закрытого торца классической детонационной трубы формирует топливовоздушную смесь со скоростями потоков, при которых ещё возможна инициация детонационного горения не во всём  объёме детонационной трубы. Необходимо учесть, что высокие скорости формирования топливовоздушной смеси вызывают неполное сгорание, снижая устойчивость детонационной волны, снижая эффективность самого  источника детонационной энергии.

Уменьшить скоростные характеристики формирования топливовоздушной смеси и использовать для этих целей весь внутренний объём трубы детонационного источника энергии возможно путём  ввода компонентов непосредственно и одновременно в весь объём трубы детонационного горения.

Для этих целей предлагается изменить способ ввода топливовоздушной смеси с одно форсуночного на много форсуночный.   Ввод осуществлять по всей площади торцевой части трубы детонационного горения с механической регулировкой формирования топливовоздушной смеси непосредственно во всём объёме трубы детонационного горения.

Таким образом, непосредственно во всём объёме трубы детонационного горения будет формироваться готовая топливовоздушная смесь. 

Это может быть обеспечено  с помощью специальной механической вращающейся высокоскоростной клапанной системы.

Сама идея механической высокоскоростной клапанной системы опубликованы  в 2008 году в статье:   ССЫЛКА. 

Геометрия  скоростной механической дисковой клапанной системы представлена на рис. № 14.1

Рис. № 14.1. Дисковая механическая много клапанная система формирования высоко скоростного волнового фронта среды.

Механическая много клапанная скоростная  система формирования топливовоздушной смеси представляет собой два вращающихся на одной оси диска, которые вращаются с минимально возможным расстоянием друг относительно друга. На одном и на другом диске  определённым образом по кругу, спирали расположены диафрагмы (технологическое окна) заданной формы (круг, квадрат, прямоугольник и т.п.), которые формируют скоростную бегущую дорожку открытия/закрытия таких диафрагм.  Условием работы такой системы является отличие как минимум на единицу количество диафрагм на одном и на другом диске.

При вращении одного диска относительно другого создаётся так называемая  скоростная беговая дорожка, скорость на которой чередования открытия/закрытия  полно проходных диафрагм во много раз превышает линейную скорость вращения системы.

В такой конструкции при повороте одного диска относительно другого на один сегмент в любую сторону, все сегменты (окна) спирали последовательно полностью откроются/закроются по типу бегущей дорожки.

Механическая много клапанная скоростная  система управляет работой открытия закрытия диафрагм, через которые вводится воздух внутрь заявленного детонационного источника энергии. 

В свою очередь топливо подводится непрерывно с заданным значением по давлению и расходу к каждой диафрагме через радиальное отверстие согласно рис. № 14.2.

Рис. № 14.2. Подвод топлива в механическую много клапанную систему формирования сверх высокоскоростного волнового фронта.

Таким образом при полно проходном открытии одной диафрагмы с одновременным радиальным подводом газа и аксиальным подводом  воздуха –  диафрагма превращается в сопло формирования топливовоздушной смеси внутри заявленного детонационного источника энергии.

В свою очередь механическая много клапанная скоростная  система управляет работой открытия закрытия всех диафрагм и формирует внутри  заявленного детонационного источника энергии  скоростную бегущую волну заполнения топливовоздушной смесью  непосредственно весь объём трубы детонационного горения.

ПРИМЕР.

Труба детонационного горения длинной 0.5 метра, диаметр 0,05 м.

На торцевой части диаметром 0,05 м размещены через равные промежутки по спирали диафрагмы диаметром 3 мм. Спираль имеет 5 витков. Общая длинна спирали 0,5 м. Количество диафрагм по диаметру 10.

С такими начальными геометрическими условиями  при принудительном совершении диска с диафрагмами одного полного оборота за одну секунду ( 1 об/сек) детонационная труба будет заполняться 20 раз. Т.е. частота следования детонационных волн при скорости вращения клапанной системы со скоростью 1 Гц  составит  20 Гц.

При скорости вращения клапанной системы с частотой 50 об/сек частота следования волн детонационного горения в такой системе составит 1 кГц.

Конструктивное исполнение предлагаемого решения представлено на рис. № 14.3.

Рис. № 14.3. Вариант установки много клапанной системы  в торцевую часть трубчатого детонационного источника энергии.

     Классический трубчатый детонационный источник энергии, у которого с торцевой части размещена механическая скоростная система клапанов. Такая механическая система клапанов при относительно низкой частоте вращения формирует внутри трубы детонационного горения скоростную бегущую волну топливовоздушной смеси  скоростного заполнения всего объёма.

ДОСТОИНСТВА:

– Частота следования волн детонационного горения –более 1000 Гц.

– квазинепрерывная работа источника детонационной энергии, которая приближается к непрерывной за счет высокочастотных волн детонационного горения.

– Высокий КПД единичного импульса.

– Высокий общий КПД системы.

НЕДОСТАТКИ:

– Недолговечность работы.

– Механическая система клапанов подвержена истиранию.

– Необходима синхронизация работы свечи зажигания с моментом, когда все диафрагмы механически закрыты.

(А.8) ДЕТОНАЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ  С МЕХАНИЧЕСКОЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ СИСТЕМОЙ КЛАПАНОВ ОБЪЁМНОГО ВВОДА ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ.

Известно, что классические импульсные детонационные источники энергии представляют собой длинные трубы (детонационные камеры), по которым с небольшой частотой следуют ударные волны. В таких двигателях труба заполняется смесью топлива/окислителя, а затем инициируется  детонационное горение  с формированием ударной волны .

Слабым звеном в такой цепочке выступает форсунка формирования топливовоздушной смеси в объёме трубы детонационного горения.

Распылительная форсунка с закрытого торца классической детонационной трубы формирует топливовоздушную смесь со скоростями потоков, при которых ещё возможна инициация детонационного горения не во всём  объёме детонационной трубы. Необходимо учесть, что высокие скорости формирования топливовоздушной смеси вызывают неполное сгорание, снижая устойчивость детонационной волны, снижая эффективность самого  источника детонационной энергии.

Уменьшить скоростные характеристики формирования топливовоздушной смеси возможно путём  ввода компонентов непосредственно и одновременно в весь объём трубы детонационного горения.

Для этих целей предлагается изменить способ подвода топливовоздушной смеси с одно форсуночного на много форсуночный  по всей поверхности трубы детонационного горения с механической регулировкой формирования топливовоздушной смеси непосредственно во всём объёме трубы детонационного горения.

Таким образом, непосредственно во всём объёме трубы детонационного горения будет формироваться готовая топливовоздушная смесь. 

Это может быть обеспечено  с помощью специальной механической вращающейся высокоскоростной клапанной системы.

Сама идея механической высокоскоростной клапанной системы опубликованы  в 2008 году в статье:   http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9155.html 

 Геометрия  такой скоростной механической клапанной системы представлена на рис. № 14.4

Рис. № 14.4. Цилиндрическая механическая много клапанная система формирования высоко скоростного волнового фронта среды.

Закон, по которому определяется  направление подвода воздуха к каждой диафрагме (геометрия размещения диафрагм) определяет способ движения волны или волн детонационного горения и основывается на   высокоскоростной механической клапанной системе.

Работа системы клапанов основывается на том, что в открытом положении, когда  диафрагмы обоих цилиндров совпадают – формируются полно проходные отверстия в детонационную трубу.  Труба детонационного горения заполняется топливовоздушной смесью. После смещения внешнего шторчатого цилиндра на пол длинны между диафрагмами –последние закрываются и происходит инициация детонационного горения. Затем цикл повторяется с частотой, пропорциональной частоте вращения внешнего шторчатого цилиндра скоростной клапанной системы. 

В этом случае продувка детонационной трубы от остатков неполного сгорания топлива  предыдущего цикла детонационного горения осуществляется одновременно с последовательным высокоскоростным заполнением детонационной трубы от заглушенной торцевой части к соплу топливовоздушной смесью. 

Внешний вид предлагаемого конструктивного решении представлен на рис. № 14.5.

Рис. № 14.5. Вариант установки цилиндрической много клапанной системы  по всей поверхности трубчатого детонационного источника энергии.

          В конструктивном плане сверхвысокоскоростная механическая клапанная система   представляет собой наружный полый вращающийся цилиндр со шторами (диафрагмами) – сквозными отверстиями прямоугольной формы, размещённые по  диаметру, см. рис. № 14.6.

Рис. № 14.6. Конструкция цилиндрической много клапанной системы формирования сверх высокоскоростного волнового фронта.

Такой внешний цилиндр   принудительно вращается коаксиально снаружи внутреннего неподвижной трубы детонационного горения.  Сама труба детонационного горения также в конструктивном плане имеет множество сквозных отверстий (диафрагм), которые выполняют роль форсунок формирования топливовоздушной смеси  в объёме трубы детонационного горения.

Закон чередования открытия / закрытия  определяется геометрическим расположением отверстий (диафрагм) по спирали.

Механическая много клапанная скоростная  система управляет работой открытия закрытия диафрагм, через которые вводится воздух внутрь заявленного детонационного источника энергии. 

В свою очередь топливо подводится непрерывно с заданным значением по давлению и расходу к каждой диафрагме через радиальное отверстие согласно рис. № 14.7.

Рис. № 14.7. Подвод топлива в механическую много клапанную систему формирования сверх высокоскоростного волнового фронта.

Такая механическая система клапанов при относительно низкой частоте вращения формирует внутри трубы детонационного горения скоростную бегущую волну топливовоздушной смеси  скоростного заполнения всего объёма.

ПРИМЕР.

Труба детонационного горения длинной 0.5 метра, диаметр 0,05 м.

Диафрагмы диаметром 3 мм в количестве 20 штук размещены через равные промежутки по диаметру и 15 штук по длине трубы.

Общее число диафрагм на всей поверхности детонационной трубы 225.

С такими начальными геометрическими условиями  при принудительном совершении внешним  клапанным узлом одного полного оборота за одну секунду( 1 об/сек) детонационная труба будет заполняться 20 раз. Т.е. частота следования детонационных волн при скорости вращения клапанной системы со скоростью 1 Гц  составит  20 Гц.

При скорости вращения клапанной системы с частотой 50 об/сек частота следования волн детонационного горения в такой системе составит 1 кГц.

ДОСТОИНСТВА:

– Частота следования волн детонационного горения – более 1000 Гц.

– квазинепрерывная работа источника детонационной энергии, которая приближается к непрерывной за счет высокочастотных волн детонационного горения.

– Высокий КПД единичного импульса.

– Высокий общий КПД системы.

НЕДОСТАТКИ:

– Недолговечность работы.

– Механическая система клапанов подвержена истиранию.

– Необходима синхронизация работы свечи зажигания с моментом, когда все диафрагмы механически закрыты.

(А.8) СПИНОВЫЙ ДЕТОНАЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ ДИСКОВОЙ ФОРМЫ С МЕХАНИЧЕСКОЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ СИСТЕМОЙ КЛАПАНОВ.

Спиновый детонационный источник энергии дисковой формы с механической высокоскоростной системой клапанов является дальнейшим продолжением развития много трубных источников детонационного горения.

Предположим, что множество  трубчатых источников детонационного горения  размещено на одной плоскости  радиально  с направлением детонационного горения в общий  центр.

А теперь заменим систему таких трубчатых источников детонационного горения с соблюдением всех геометрических величин на дисковый цилиндр с центральным соплом вывода детонационной энергии.

Геометрия такого источника меняется  на противоположную классическим трубчатым источникам детонационной энергии.

Пример:

Были множество трубчатых источников детонационной энергии длинной 500 мм и диаметром 50 мм.  Стал  один широкий узкий дисковый цилиндр диаметром 1 метр и высотой 50 мм. По периметру диска размещены 500 диафрагм (форсунок) формирования бегущей топливовоздушной смеси. 

В таком конструктивном решении можно организовать бегущую по кругу волну квазинепрерывного детонационного горения от периферии к общему центру по аналогии с процессами, протекающими в классическом спиновом детонационном источнике энергии.

Классический спиновый источника детонационной энергии характеризуется наличием бегущих одной или нескольких волн детонационного горения  в кольцевой камере с открытым концом. В конструктивном плане спиновый источник энергии представляет собой две трубы, размещённые коаксиально одна в другой.  В закрытой торцевой части установлены  последовательно размещённые по кругу небольшое количество форсунок формирования топливовоздушных смесей  по типу бегущей дорожки. Каждая форсунка управляется отдельным высокоскоростным электромагнитным клапаном по определённому закону. Система таких высокоскоростных клапанов формирует между цилиндрами постоянно вращающуюся бегущую волну  топливовоздушной  смеси со скоростью Чепмена-Жуге (примерно 1500 м/сек, зависит от многих факторов).

Условием работы является синхронизация формирования готовой топливовоздушной смеси по типу бегущей дорожки в следующей форсунке перед распространяющейся волной детонационного горения от предыдущей форсунки.

К сожалению классический клапанный электромагнитный способ формирования  топливовоздушной смеси для заявленных целей конструктивно исполним, но сложен и достаточно избыточен. Это связано с тем, что нужно управлять синхронной работой одновременно белее чем 500 диафрагм (форсунок) формирования топливовоздушной смеси, которые размещены по всей поверхности внешней цилиндрической части такого источника детонационной энергии.

          Решение проблемы видится в применении механической сверхвысокоскоростной  системы клапанов.  Идея механической сверхвысокоскоростной клапанной системы может быть организована на механических принципах, заявленных ещё в 2008 году в статье: ССЫЛКА

На основании выше изложенного предлагается спиновый детонационный источник энергии дисковой формы с механической высокоскоростной системой клапанов.

В конструктивном плане спиновый детонационный источник энергии дисковой формы  с механической высокоскоростной системой клапанов представлен на рис. № 14.8.

Основа конструкции – механическая много клапанная сверхвысокоскоростная  система формирования топливовоздушной смеси по типу бегущей волны перед бегущей волной детонационного горения.  Представляет собой два цилиндра, которые вращаются коаксиально один в другом с минимально возможным расстоянием. На одном и на другом цилиндрах  определённым образом по кругу расположены диафрагмы (технологическое окна) заданной формы (круг, квадрат, прямоугольник и т.п.), которые формируют сверхвысокоскоростную бегущую дорожку открытия/закрытия таких диафрагм.  Условием работы такой системы является отличие как минимум на единицу количество диафрагм на одном и на другом цилиндрах.

Рис. 14.8. Спиновый детонационный источник энергии дисковой формы с механической высокоскоростной системой клапанов.

При вращении одного цилиндра относительно другого создаётся так называемая  сверхвысокоскоростная беговая дорожка, скорость на которой чередования открытия/закрытия  полно проходных диафрагм во много раз превышает линейную скорость вращения системы.

В такой конструкции при повороте одного цилиндра относительно другого на один сегмент в любую сторону, все сегменты (окна) одной геометрической фигуры последовательно пробегут полностью по  всем сегментам другого цилиндра.

Механическая много клапанная сверхвысокоскоростная  система управляет работой открытия закрытия диафрагм, через которые вводится воздух внутрь заявленного детонационного источника энергии. 

В свою очередь топливо подводится непрерывно с заданным значением по давлению и расходу к каждой диафрагме через радиальное отверстие согласно рис. № 14.9

Рис. № 14.9. Подвод топлива в механическую много клапанную систему формирования сверх высокоскоростного волнового фронта.

Таким образом при полно проходном открытии одной диафрагмы с одновременным радиальным подводом газа и аксиальным подводом  воздуха –  превращает каждую диафрагму в сопло формирования топливовоздушной смеси внутри заявленного детонационного источника энергии.

В свою очередь механическая много клапанная сверхвысокоскоростная  система управляет работой открытия закрытия диафрагм формирует внутри  заявленного детонационного источника энергии  бегущую волну топливовоздушной смеси непосредственно перед бегущей волной детонационного горения.

Для работы такого детонационного источника энергии необходимо выполнить следующие условия.

1. Первая инициация (запуск) волны детонационного горения  должна происходить в той области внутреннего пространства детонационного источника энергии, в которой все диафрагмы механически закрыты.

2. Необходима строгая синхронизация скорости вращения механической клапанной системы со скоростью распространения волны детонационного горения, со скоростью Чепмена-Жуге. 

          Можно привести  следующие технические характеристики механической сверхвысокоскоростной клапанной системы применительно к выше заявленному примеру .

1. Диаметр цилиндра – 1 метр.
2. Высота цилиндра – 50 мм.
3. Периметр цилиндра – 3.14 м.
4. Диаметр одной диафрагмы – 5 мм.
5. Количество диафрагм по периметру – 300 штук.
6. Скорость открытия/закрытия диафрагм при частоте вращения внешнего цилиндра клапанной системы в 1 об/сек составляет  942 м/сек.

Таким образом, вращающаяся система клапанов диаметром 1 м и высотой 50 мм  с частотой в 1 об/сек обеспечивает почти сверхзвуковые скорости бегущей дорожки открытия/закрытия диафрагм.

С учётом того, что волна детонационного горения для каждого вида топлива распространяется с скоростями уровня 1500 м/сек, такое конструктивное решение способно достаточно просто формировать бегущую топливовоздушную смесь перед бегущей волной детонационного горения для её подпитывания и квазинепрерывного бега по кругу. А с учётом того, что частота вращения механической клапанной системы диаметром 1 м и высотой 50 мм  составляет порядка 2-3 об/сек – обеспечить строгую синхронизацию такого вращения со скоростями детонационного горения достаточно просто  существующими технологиями.

ДОСТОИНСТВА.

–  Высокая частота вращения волн детонационного горения  – 10 кГц.

–  Высокий КПД единичного детонационного горения.

–  Общий высокий КПД.

– Квазинепрерывная работа, которая приближается к непрерывной работе за счет высокочастотных вращений волн детонационного горения.

НЕДОСТАТКИ.

– Механическая вращающаяся система.

– Необходима строгая синхронизация скорости вращения механической клапанной системы со скоростью распространения волны детонационного горения, со скоростью Чепмена-Жуге. 

 (С.12) СПИНОВЫЙ (ВРАЩАЮЩИЙСЯ) ДЕТОНАЦИОННЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ, КЛАПАННЫЙ С ЭЛЕКТРОМАНИТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ.

Этот тип источника детонационной энергии характеризуется наличием бегущих одной или нескольких волн детонационного горения  в кольцевой камере с открытым концом.

В конструктивном плане спиновый источник энергии представляет собой две трубы, размещённые коаксиально одна в другой, см. рис. № 14.10.

Рис. № 14.10. Спиновый (вращающийся) детонационный источник энергии, клапанный с электромагнитным управлением.

В закрытой торцевой части установлены  последовательно размещённые по кругу форсунки формирования топливовоздушных смесей  по типу бегущей дорожки.

Каждая форсунка управляется отдельным высокоскоростным клапаном по определённому закону. Система таких высокоскоростных клапанов формирует между цилиндрами постоянно вращающуюся бегущую волну  топливовоздушной  смеси со скоростью Чепмена-Жуге.

Это скорость распространения волны детонационного горения ориентировочно 1500–2500 м/с и зависит от многих факторов, в том числе и от конкретной топливовоздушной смеси.

В начальный момент производится инициация детонационного горения  топливовоздушной смеси от одной форсунки.

Условием работы является синхронизация формирования готовой топливовоздушной смеси по типу бегущей дорожки в следующей форсунке перед распространяющейся волной детонационного горения от предыдущей форсунки. За это отвечают датчики давления по числу форсунок.

Схема исполнения такой горелки представлена на рис. № 14.11.

Рис. № 14.11. Вариант конструктивного исполнения спинового детонационного источника энергии.

ДОСТОИНСТВА.

– Считается, что спиновые источники энергии являются самым перспективным направлением развития детонационного горения.

– Квазинепрерывная работа, которая приближается к непрерывной работе за счет высокочастотных вращений волн детонационного горения.

– Высокая частота вращения волн детонационного горения  – 10 кГц.

– Высокий КПД.

НЕДОСТАТКИ.

– Практика показала, что доля детонационного горения не превышает 15 % от объема камеры сгорания. Остальное – медленное горение в условиях, далеких от оптимальных.

– Практика показала, что детонационное горение возникает и успешно поддерживается, но только в ограниченном объеме. В остальном объеме мы имеем дело с обычным медленным горением, причем за неоптимальной системой ударных волн, что приводит к значительным потерям полного давления.

– предлагающиеся сегодня схемы спиновых детонационных двигателей неработоспособны для целей применения в технологиях. Детонационное горение возникает и успешно поддерживается, но только в ограниченном объеме. В остальном объеме мы имеем дело с обычным медленным горением, причем за неоптимальной системой ударных волн, что приводит к значительным потерям полного давления.

– Практика показала, что давление оказывается также ниже в разы, чем необходимо для идеальных условий горения при стехиометрическом соотношении компонентов топливной смеси. В результате удельный расход топлива на единицу тяги оказывается на 30–40 % выше, чем у двигателей традиционных схем.

– Самой главной проблемой является сам принцип организации непрерывной детонации. Как показали исследования непрерывной круговой детонации, выполненные еще в 60-е годы, фронт детонационного горения представляет собой сложную ударно-волновую структуру, состоящую как минимум из двух тройных конфигураций . Такая структура с присоединенной зоной детонации, как и любая термодинамическая система с обратной связью, оставленная в покое, стремится занять положение, соответствующее минимальному уровню энергии. В результате тройные конфигурации и область детонационного горения подстраиваются друг под друга так, чтобы фронт детонации перемещался по кольцевому зазору при минимально возможном для этого объеме детонационного горения. Это прямо противоположно той цели, которую ставят перед детонационным горением конструкторы двигателей.

(D.1) ДЕТОНАЦИОННО – РЕЗОНАНСНЫЕ ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ.

Этот тип источника детонационной энергии характеризуется наличием высокочастотной волны детонационного горения, формируемой за счёт формы камеры детонационного горения, а именно – за счёт полусферического резонатора .

Принцип работы детонационно-резонансной горелки основывается на следующих этапах:

1. Подготовка топлива (газа) к детонации (высокотемпературное разложение топлива на активные составляющие для облегчения инициаций детонационных волн.
2. Смешивание подготовленного топлива с вторичным высокоскоростным потоком воздуха  разбавления.
3. Радиальное сопловое расширение топливовоздушной смеси  в фокус (центр) полусферического резонатора. 
4. Сжатие топливовоздушной смеси в фокусе полусферического резонатора и инициация  волны детонационного горения.

В упрощённом виде детонационно-резонансная горелка представляет собой   камеру детонационного горения в виде металлической сферы с различной степенью кривизны, согласно рис. № 14.12

По диаметру сферы размещено кольцевое сопло, и направлено в геометрический фокус сферы.

Сфера может включать  дополнительный резонатор в виде полу замкнутой полости определённого размера.

Рис. № 14.12. Упрощённый вид детонационно-резонансной горелки.

От конструктивного исполнения  камеры сгорания зависит частота следования волн детонационного горения, и как следствие – энергетическая эффективность самой детонационно-резонансной горелки.

Остановимся на конструктивном исполнении камеры детонационного горения. Такая камера имеет следующие основные геометрические характеристики, согласно рис. № 14.13

Рис. № 14.13. Геометрия полусферического резонатора

Где:

r – радиус резонатора.

b – кривизна резонатора.

а – угол ввода топливовоздушной смеси.

d – ширина кольцевого сопла

l – диаметр  сопла

с – угол расходимости сопла

 Согласно опубликованным практическим данным по тематике: Hao ZENG, Li-ming HE, Wei CHEN. Center for Combustion energy, Tsinghua University;  Institute of  Engineering, Air Force Engineering University заявляется следующее:

— с увеличением радиуса (r) сферического резонатора — частота следования детонационных волн уменьшает .

— с увеличением кривизны резонатора (b) — частота следования детонационных волн увеличивается.

— с увеличением угол (a) ввода топливовоздушной смеси в резонатор — частота следования детонационных волн увеличивается.

— с увеличением ширина ввода топливовоздушной смеси (d) частота следования детонационных волн уменьшает .

— угол (a) ввода топливовоздушной смеси в резонатор 30° — амплитуда динамического давления на дне резонатора — максимальна.

-с увеличением диаметр сопла (l) — частота следования детонационных волн увеличивается.

— с увеличением угла расходимости сопла (с) — частота следования детонационных волн увеличивается. Учитывая амплитуду динамического давления дна резонатора, расхождение угла не должно быть не слишком большим и  не слишком маленьким; когда расходящийся угол сопла 30° —  амплитуда динамического давления дна резонатора максимальна.

Описания процесса распространения детонационного горения в таком полусферическом резонаторе в открытых источника противоречивы. Это связано с тем, что данное направление считается перспективным для развития. 

При этом к выше изложенному дополнительно можно привести аналогию с интересным явлением, которое проявляется в том, что если взять обычный баллон со сжатым воздухом и пустить через кольцевое сопло в полусферический рефлектором (резонатор), то на выходе энергетические характеристики потока вырастут даже при отсутствии горения, без использования топлива. Это явление до сих пор до конца не объяснено.

     Основой работы горелки является подготовка топлива к детонационному горению.

В идеале, первичное топливо необходимо полностью разложить на простые, высоко энергетические летучие составляющие, которые достаточно легко подвержены детонационному горению. Такими являются в первую очередь Н2, С2Н2, СО с температурами более 1000 градусов. 

Практически реализовать полное разложение топлива теоретически возможно, но практически чрезвычайно трудно.

Все работы в данном направлении основываются на  предварительном высокотемпературного нагрева первичного топлива без доступа кислорода. Происходит разложением топлива на высокоактивные составляющие.

Исходя из Выше изложенного, подготовка топлива к детонации может быть обеспечена следующим образом:

а) Одно этапный окислительный пиролиз

Протекает при горении газа  в условиях недостатка кислорода. Температура процесса при этом составляет 1400 — 1600°C, время пребывания компонентов в реакционной зоне – несколько миллисекунд. Схема реализации способа представлена на рис. № 14.14.

Например, таким способом получается ацетилен из углеводородов в промышленных условиях. Общее уравнение реакции представлено ниже:

11СН₄ + 7О₂ = 2С₂Н₂ + 6СО + 14Н₂ + СО₂ + 6Н₂О

Выход ацетилена составляет 30-32 %. Дополнительно образуется ещё синтез газ — оксид углерода (СО) и водород (Н₂). Обязательной стадией процесса является так называемая “закалка” продуктов, которая представляет собой их резкое охлаждение до температуры ниже 300 градусов. Закалка необходима для предотвращения разложения получаемого ацетилена на углерод и водород. Это обеспечивается уже при резком расширении таких продуктов из сопла в фокус полусферического резонатора.

Вариант реализации одно этапного окислительного пиролиза представлен на рис. № 14.14.

Рис. № 14.14. Схема одно этапного окислительного пиролиза (не полное сгорание топлива).

Согласно классическим данным по пиролизу газов в горелках,  например для мартеновских печей, газ сжигают (вернее подвергают пиролизу) с 40% теоретически необходимым воздухом, где развивается температура 1200—1300° С. При этих условиях происходит интенсивный распад газа на выше поименованные составляющие.

На выходе получаются высокотемпературные легко детонирующие  летучие компоненты, такие как Н2, С2Н2, СО.

b) Двух этапный окислительный пиролиз не полного предварительного сгорания.

Первый этап – не полное сжигание первичного газа с недостатком кислорода в реакторе. Второй этап —  ввод вторичного газа в продукты не полного сгорания в зону догорания первого этапа.

Вариант реализации с смещённым вводом газов для двух этапов окислительного пиролиза представлен на рис. № 14.15.

Рис. № 14.15. Двух этапный окислительный пиролиз (не полное сгорание топлива с вводом в продукты не полного сгорания новой порции топлива.

Вариант реализации с коаксиальным вводом газов для двух этапов окислительного пиролиза представлен на рис. № 14.16.

Рис. № 14.16 Двух этапный окислительный пиролиз (не полное сгорание топлива с коаксиальным вводом в продукты не полного сгорания новой порции топлива.

Согласно классическим данным по пиролизу газов в горелках,  например для мартеновских печей, первичный газ в количестве от 30 до 40% общего расхода газа сжигают (вернее подвергают пиролизу) с 40% теоретически необходимого воздуха.  Затем в зону догорания пламени вводят различными способами вторичный газ 60 – 70 % от общего расхода, где развивается температура 1200—1300° С. При этих условиях происходит интенсивный распад газа на выше поименованные составляющие.

На выходе получаются высокотемпературные легко детонирующие  летучие компоненты, такие как Н2, С2Н2, СО.

с) Двухэтапный окислительный пиролиз полного предварительного сгорания. 

Первый этап – полное сжигание первичного газа с избытком кислорода в реакторе. Второй этап —  ввод вторичного газа в продукты сгорания в зону догорания первого этапа.

Вариант реализации с смещённым вводом газов для двух этапов окислительного пиролиза представлен на рис. № 14.17.

Рис. № 14.17. Двухэтапный окислительный пиролиз с вводом в продукты полного сгорания новой порции топлива.

Вариант реализации с коаксиальным вводом газов для двух этапов окислительного пиролиза представлен на рис. № 14.18

Рис. № 14.18. Двухэтапный окислительный пиролиз с вводом в продукты полного сгорания новой порции топлива.

Согласно классическим данным по пиролизу газов в горелках,  например для мартеновских печей, первичный газа в количестве от 100-110% общего расхода газа сжигают полностью.  Затем в зону догорания пламени вводят различными способами вторичный, где развивается температура 1600-1800° С. При этих условиях происходит интенсивный распад газа на выше поименованные составляющие.

На выходе получаются высокотемпературные легко детонирующие  летучие компоненты, такие как Н2, С2Н2, СО.

d) Сухой пиролиз топлива.

Представляет собой изолированный нагрев газа в замкнутом теплообменнике без доступа кислорода. Согласно классическим данным по пиролизу газов в горелках — в этом случае теплообменники приходится исполнять сравнительно громоздкими, а опасность отложения в трубах сажи дает основание сомневаться в эксплуатационной надежности их работы. Поэтому такой метод едва ли найдет широкое применение в ближайшее время.

Вариант выбора способа  в данном случае  зависит от энергетической эффективности детонационно-резонансной горелки для конкретных технологических целей.

Следующий этап —  подготовленное топливо  поступает для смешивания с вторичным воздухом непосредственно  перед кольцевым выходным соплом в короткую кольцевую зону смешивания. Смешивание происходит путём инжекции подготовленного топлива вторичным воздухом с большой скоростью.

После инжекции подготовленная к детонационному горению топливовоздушная смесь поступает  в кольцевое сопло. На выходе формируется высокоскоростной поток за счёт кольцевого сопла, которое изготовлено по профилю поперечного сечения сопла Лаваля. Такой профиль позволяет сформировать радиальный центростремительный  поток топливовоздушной смеси со сверхзвуковой скоростью. Большая скорости потока топливовоздушной смеси не допускает его самовоспламенения.

Завершающий этап подготовки топливовоздушной смеси к детонации, это сверхзвуковое радиальное схлопывание в геометрическом фокусе сферы с значительным повышением давления.

Заключительный этап – инициация детонационной волны. В данном случае детонация может инициироваться как самопроизвольно, так и принудительно, например —  электроискровым поджогом. Самопроизвольно детонация  происходит посредством струйного взаимодействия и ударной фокусировки (сжатии). Зависит от скоростных, энергетических характеристик топливовоздушной смеси.  Самопроизвольная детонация ударной фокусировкой в фокусе сжатия сферы для данного типа горелок – нестабильна.

Для данного типа горелок предпочтительнее принудительный электроискровой поджог.

После  инициации формируется фронт бегущей волны детонационного горения с характеристиками, заявленными выше. Затем цикл повторяется. Частота  следования циклов зависит в основном от энергетических характеристик подготовленной топливовоздушной смеси и конструктивных характеристик исполнения горелки.

Исходя из Выше изложенного, конструктивное исполнение детонационно-резонансной горелки для технологических целей представлено на рис. № 14.19.

Рис. № 14.19. Конструктивное исполнение детонационно-резонансной горелки

Управление работой горелки (управление детонационным горением) для целей достижения заданных характеристик по частоте следования, температуре, скорости распространения и давлению детонационных волн осуществляется регулировкой расхода первичного и вторичного газа и воздуха под.

В связи с тем, что детонационно-резонансная горелка работает продолжительное время с запредельными рабочими температурами для существующих конструкционных материалов, последние обязательно должны быть оборудованы проточным охлаждением. Это относится только к стенке сферы камеры детонационного сгорания.

Предложенный вариант конструкции детонационно-резонансной горелки достаточно прост и повторим.

НИР и ОКР, проводимые в этом направлении публикуются периодически в соответствующих разделах сайта vihrihaosa.ru и подтверждают заявленные в п.1 настоящей публикации энергетические характеристики управляемого детонационного горения.  Могут быть применены для различных технологических целей, как более эффективная замена классическим (дефлаграционным) горелкам.

Рис. № 14.20. Внешний вид и работа детонационно-резонансной горелки.

ДОСТОИНСТВА:

– Высокая энергетика единичного детонационного горения.

– Квази непрерывная работа, которая приближается к непрерывной работе за счет высокой частоты следования волн детонационного горения.

– Высокая частота работы  – 1 кГц.

– Высокий КПД.

НЕДОСТАТКИ:

– Требует предварительной подготовки  топлива (пиролиза) к детонации.

СУЩНОСТЬ

Вращения двух и более винтов в любой открытой среде, одновременно в двух и более плоскостях, за счёт отбрасывания среды в противоположных направлениях – формирует два энергетически  взаимосвязанных замкнутых вихревых потока (тороидов). В взаимосвязанных вихревых тороидах происходят процессы температурного разделения  потоков, а также появляются  не скомпенсированные силы.

В отличии от всем известного вихревого эффекта Ранка-Хилша – заявленный эффект температурного разделения потоков проявляется не в полузамкнутом пространстве вихревой трубы, а  в свободном, открытом, не изолированном пространстве. Дополнительно к этому, в системе появляется не скомпенсированная сила.

ОПИСАНИЕ

Вихревое кольцо (тороидальный вихрь) – это движение жидкости или газа в форме «бублика», закручивающегося вокруг самого себя. Движение возникает, когда большой и относительно сферический объем вещества с большой скоростью прогоняется через некую среду (например, то же самое вещество) – края и внутренняя часть прогоняемого объема подвергаются внешнему воздействию по-разному, и из-за разницы скоростей более «быстрая» внешняя область начинает закручиваться вокруг более медленной внутренней.

В узком смысле – явление, при котором область вращающейся жидкости или газа перемещается через ту же самую или другую область жидкости или газа.

По аналогии, один вихревой тороид в пространстве – это один из вихревых потоков  внутри, в вихревой трубке Ранка.  

В трубке Ранка в замкнутом объёме существуют и взаимодействуют между собой два энергетически связанных вихревых потока. Эти потоки можно представить, как два вихревых кольца (один в другом). Основным условием формирования таких потоков (тороидов) является физическая стенка вихревой трубы.

Зададимся вопросом, что нужно сделать, чтобы по аналогии с вихревой трубой два вихревых потока (кольца, тороида)  существовали в  открытом пространстве и взаимодействовали между собой?

Предлагается для заявленных целей использовать вихревой поток от вращения винтов  одновременно в двух и более плоскостях. Такая организация вращения формирует два энергетически  взаимосвязанных вихревых тороида.  

От количества плоскостей вращения винтов – зависит внутренняя структура  взаимодействующих вихревых торроидов.

Вращение винтов в двух плоскостях формирует два классических тороида с самой простой  внутренней структурой.

Вращение винтов в трёх и более плоскостях трансформирует  каждый вихревой тороид  в сложную многомерную  вихревую замкнутую структуру с сечением по типу канатной свивки.

Рассмотрим формирование и взаимодействие между собой двух вихревых торроидов с самой простой внутренней структурой без  какой бы то ни было внутренней упорядоченной структуры.

ДВА ПРОСТЫХ ВИХРЕВЫХ ТОРОИДА

Схематически способ  формирования одновременно двух энергетически  взаимосвязанных простых вихревых тороидов представлен  на рис. № 6.1.

Рис. № 6.1 Кинематическая схема реализации способа формирования двух простых вихревых колец

ЭКСПЕРИМЕНТ

Эксперимент проводился на стенде исследования формирования двух вихревых колец, см. рис. № 6.2.

Винты с углом атаки 20 градусов принудительно вращаются в двух плоскостях, в разные стороны по центральной оси “коромысла”.  Винты вращаются в разные стороны со скоростью, в 4 раза большей, чем привод. Такая организация вращения обеспечивается за счёт установки одной общей конусной шестерни на общем валу привода с неподвижным общим зубчатым колесом с редукцией 1:4.  Общая конусная шестерня  — неподвижна.  За счёт того, что шестерня  фиксируется в неподвижном состоянии, происходит вращение винтов в разные стороны для целей достижения заявляемого эффекта.

Рис. № 6.2. Стенд исследования формирования двух вихревых колец.

Характеристики работы формирователя двух энергетически  взаимосвязанных вихревых тороидов:

• Частота вращения центрального вала 250 об/мин. (частота вращения электропривода – дрели – 1000 об/мин ,  первый редуктор  привода  — редукция 1:4)
• Частота вращения винтов – 1000 об/мин (второй редуктор редукция 1:4) .
• Диаметр винтов – 220 мм.
• Угол атаки винтов – 20 градусов.
• Расстояние между винтами – 200 мм.
• Подводимая мощность  — ориентировочно 100 ват.
• Вихревые кольца – открытого исполнения, т.е. обратная связь для дополнительного нагрева и для дополнительного охлаждения отсутствует.

Работа формирователя двух простых вихревых тороидов может осуществляться в 2-х режимах:

1. Винты нагнетают поток к центральной оси вращения.

Особенности работы и новые эффекты, связанные с этим  будут представлены к рассмотрению в следующей статье.

• Винты нагнетают поток от  центральной оси вращения наружу.

От режима работы формирователя вихревых тороидов зависит:

• Направление температурных разделений,
• Направление не скомпенсированных сил.

Рассмотрим работу винтов, которые работают, как нагнетатели воздушных масс от центральной оси вращения наружу.

Такая организация работы винтов обеспечивает формирование двух зависимых вихревых колец с терморазделением и направлениями вращений согласно рис. № 6.3.

Рис. № 6.3 Взаимодействие двух вихревых колец (тороидов)

В этом случае скорость вращения так называемого горячего кольца меньше скорости вращения так называемого холодного кольца на величину двойной разницы от скорости вращения винта в одной плоскости  и скорости вращения вала привода винта в другой плоскости. 

Визуализации формирования двух вихревых  колец представлена на рис. № 6.3.

Рис. № 6.4. Визуализация формирования двух вихревых колец.

 ДВА СЛОЖНЫХ (МНОГОМЕРНЫХ)  ВИХРЕВЫХ ТОРОИДА

Максимально возможные температурные и энергетические разделения  в вихревых течениях проявляются только в том случае, когда внутренняя структура взаимодействующих вихревых тороидов имеет сложную многомерную структуру. Такую подсказку нам даёт  всем известное природное явление, как смерч.

Для реализации заявленного нужно организовать (структурировать) вихревой поток внутри каждого тороида так, чтобы он состоял из множества отдельных вращающихся вихревых “жгутов”  и соответствовал структуре канатной свивки.

Это может быть обеспечено вращением винтов уже в трёх и более плоскостях. Тороидальные потоки в таком случае трансформируются  в сложную многомерную  вихревую замкнутую структуру, состооящую из отдельных вращающихся вихревых “жгутов” и поперечным сечением по типу канатной свивки.

Практическая реализация  способа представлена на рис. № 6.4

Рис. № 6.4. Кинематика формирования двух многомерных вихревых колец.

В этом случае формируются два вихревых многомерных тороида с внутренней структурой по типу спиральной канатной свивки согласно рис. № 6.5.

Рис. № 6.5. Структура сложного (многомерного) вихревого кольца.

ВЫВОД

1.           Подтверждена возможность формирования винтовым способом одновременно двух вихревых (тороидальных) колец, которые связаны между собой, вращаются в разных направлениях и имеют различные температуры.  Одно вихревое кольцо имеет большую температуру потока относительно окружающего воздуха, другое вихревое кольцо имеет меньшую температуру относительно окружающего воздуха. Здесь прослеживается аналогия с вихревым эффектом терморазделения в вихревой трубе, с одним принципиальным исключением. В заявленном способе температурные разделения вихревых потоков не в замкнутой системе, а в открытом пространстве какой-либо среды. проходят   трубами Можно  повысить значение температурного разделения  путём добавления так называемой обратной связи, когда вихревые кольца замыкаются каждое “на себя” . Обратная связь используется для дополнительного нагрева “горячего” кольца в замкнутой так называемой горячей камере и  для дополнительного охлаждения “холодного”  кольца в замкнутой так называемой холодной камере с противоположной стороны. Для этого достаточно разместить систему вращающихся винтов в так называемый двойной диффузор камер нагрева и охлаждения согласно рис. № 6.6.

Рис. № 6.6. Двойной диффузор камер нагрева и охлаждения.

• Температурные разделения  должны проявляться  при работе системы в жидкости. Экспериментального подтверждения – нет.
• Достигнуто терморазделение  двух вихревых колец в 4 градуса при заявленных выше условиях эксперимента.
• При указанных выше условиях эксперимента эффективность заявленного  температурного разделения превышает эффективность  всех известных форм и типов так называемых трубок Ранка.
• При одинаковой скорости вращения винтов в системе фиксируется осевая не скомпенсированная сила тяги.
• Изменяя скоростные характеристики вращения винтов (отбрасывания среды) в разные промежутки времени – можно  менять не скомпенсированную силу тяги в любом направлении. В качестве примера взаимодействия двух вихревых потоков можно привести  статью по п. 5 (ПРИМЕНЕНИЕ), а именно: Двух вихревая модель машущего полёта птиц и насекомых. Ссылка: Двух вихревая модель машущего полёта
• Осевая не скомпенсированная сила должна проявляться и при работе системы в жидкости. Экспериментального подтверждения – нет.

ПРИМЕНЕНИЕ

1. Нагрев  и  охлаждение больших масс любых сред.
2. Создание тяги для перемещения объектов в любой среде.
3. Фильтрация, сепарация любых сред.
4. Смешивание, перемешивание веществ.
5. Двух вихревая модель машущего полёта птиц и насекомых. Ссылка: Двух вихревая модель машущего полёта

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 вихревых 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 вихревых труб является их относительно низкая энергетическая эффективность. При этом даже небольшое улучшение энергетических показателей современных вихревых труб позволит расширить область их применения.

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

Способ повышения эффективности терморазделения в вихревой трубке напрашивается сама собой – нужно увеличить скорость вихревого 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   сверх высокоскоростного вихревого потока благодаря  волновому движению  источников вихревого потока.  

Волновое движение источников вихревого 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 вихревого 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  сверх высокоскоростной 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. 5.1.

Рис. 5.1. Внешний вид  вращающегося и не подвижного элементов цилиндрической много клапанной системы формирования сверх высокоскоростного волнового фронта среды.

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 сверх высокоскоростной волновой фронт среды, благодаря которому эффективность терморазделения выше классических схем.

Были проведены практические работы , подтверждающие заявленную идею.

В конструктивном плане трубка Ранка согласно указанного выше  способа формирования сверх высокоскоростного волнового фронта вдоль всей внешней поверхности вихревой трубки  выглядит следующим образом:

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   снаружи  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 вихревого 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. 5.2.

Рис. 5.2. Внешний вид  вращающегося и не подвижного элементов дисковой много клапанной системы формирования сверх высокоскоростного волнового фронта среды.

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 сверх высокоскоростной волновой фронт среды, благодаря которому эффективность терморазделения  выше классических схем.

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

Также на основе второго способа формирования сверх высокоскоростного 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, которые более подробно рассмотрены в отдельных статьях.

Принцип работы основан на том, что термомеханическим    способом специальными завихрителями  создаётся   воздушная вихревая трёхмерная тороидальная структура в виде само выворачивающегося бублика по аналогии с природным смерчем, торнадо, с одновременным  разделением как по направлению, так и по температуре на внутренний восходящий, наружный нисходящий  в вертикальной плоскости  и внутренний  с наружным торовым в горизонтальной плоскости спиральные вихревые потоки, из которых для целей охлаждения используется внутренний восходящий в вертикальной плоскости холодный вихревой воздушный поток.

В конструктивном плане заявленный охладитель представлен на рис. № 2.1.

Рис. № 2.1. Вихревой охладитель воздуха.

Вихревая тороидальная структура по типу само выворачивающегося бублика формируется с помощью двух приводных вращающихся лопастных конструкций логарифмической формы 5, 13, размещённых на вращающемся общем горизонтальном приводном валу 12. Привод осуществляется от двигателя 15.

Сами отдельные закрученные воздушные течения формируются с помощью множества отдельных ленточных завихрителей с трапециевидной канавкой без корпуса 4. Каждый ленточный завихритель 4 при своём движении формирует за собой отдельно вращающееся воздушное течение. Все индивидуальные ленточные бес корпусные завихрители   размещены симметрично и последовательно по всей длине 2-х логарифмических  спиралей под небольшим наклоном по ходу вихревого спирального торового потока.

Принудительное вращение двух блоков завихрителей 5, 13 вокруг собственной оси в вертикальной плоскости с одновременным их вращением по кругу в горизонтальной плоскости формирует при своём двухмерном вращении тороидальный воздушный вихрь по форме само выворачивающегося бублика, который состоит из множества отдельных воздушных вращающихся течений по логарифмической спирали вдоль всего объёма тороидального вихря. Каждый оборот двумерного вращения одного блока завихрителя 5 или 13 при прохождении раз за разом через сформированную вторым блоком трёхмерную вихревую воздушную структуру не подавляет её из-за турбулизации среды, а наоборот поддерживает её и усиливает.

Такого рода оптимальность подсказывается (Т.Е.Фабер. Гидроаэродинамика. М., Постмаркет, 2001. — 560 с.) природой (ячейки Бенара).

Организация спирального вихревого движения  совместно с установкой терморазделительных диффузоров 2, 8, 11 обеспечивает формирование воздушных потоков  четырёх направлений с терморазделением на:

1. Горизонтальный торовый периферийный вихревой поток  с повышенной температурой 16,15.
2. Горизонтальный торовый вихревой противоток с пониженной температурой  14.
3. Вертикальный внешний кольцевой периферийный вихревой поток с повышенной температурой 3, 20.
4. Вертикальный внутренний кольцевой вихревой противоток с пониженной температурой 17.

При этом терморазделение и разделение по направлению  потоков  в вихревой структуре аппарата обеспечивается  за счёт:

• Установки двух терморазделительных диффузоров 8, 11 (по типу терморазделительного диффузора прямоточной трубки Ранка) на  общем приводном горизонтальном валу 12 двух блоков завихрителей 5, 13, за счёт которых внутренний вихревой поток отражается от диффузора. Вследствие того, что поток уже имеет организованную турбулизацию (закручивание теплового движения молекул газа масс динамическим полем периферийного вихря), то отраженные от диффузоров 8, 11 потоки также является закрученными. Направление вращения отраженных потоков остается прежним, но поскольку направление их  осевого движения меняется на противоположное периферийному вихрю 16,15, то направление вращение осевого вихря так же является противоположным ему. Образуется известный горизонтальный внутренний осевой холодный противоток 14.

• Установки  внизу  не вращающегося терморазделительного диффузора 2  (по типу  терморазделительного диффузора противоточной трубки Ранка), за счёт которого внутренний вихревой поток отражается от диффузора. Вследствие того, что поток уже имеет организованную турбулизацию (закручивание теплового движения молекул газа масс динамическим полем периферийного вихря), то отраженный от диффузора поток также является закрученным. Направление вращения отраженного потока остается прежним, но поскольку направление его осевого движения меняется на противоположное периферийному вихрю 3, 20, то направление вращение осевого вихря так же является противоположным ему. Образуется известный внутренний вертикальный холодный осевой противоток 17.

В данном случае понижение температуры горизонтального внутреннего осевого противотока 14 приводит к повышению температуры периферийного горизонтального потока 15, 16. Сам периферийный горизонтальный поток 15, 16 одновременно формирует периферийный вертикальный поток 3, 20 и напрямую связан с терморазделением в вертикальной плоскости. Таким образом терморазделение в горизонтальной плоскости приводит как минимум к двукратному усилению эффекта терморазделения в вертикальной плоскости и значительному понижению температуры известного внутреннего вертикального холодного осевого противотока 17, который используется для целей охлаждения.

Таким образом сформированная тороидальная вихревая структура с одновременным разделением потоков по направлению и температуре является сферическим тороидальным вихрем Хилла (Моффат, Кит (2008). «Vortex Dynamics: Наследие Гельмгольца и Кельвина». IUTAM симпозиум по гамильтоновой динамике вихревых структур, турбулентность 6: 1—10. DOI:10.1007/978-1-4020-6744-0_1.), в котором проявляется эффект терморазделения между внутренним восходящим, наружным нисходящим в вертикальной плоскости, внутренним и наружным торовым в горизонтальной плоскости спиральными вихревыми потоками, дальнейшее развитие которых реализовано в вихревых терморазделительных трубках Ранка (Вихревой эффект и его применение в технике. Меркулов А.П. – М.: Машиностроение, 1969 год – 185 с).

Источником энергии в сформированной вихревой структуры в данном случае выступает приводной двигатель 15.

Для целей охлаждения в данном случае объёма  16 используется внутренний вертикальный холодный поток 17.

Были проведены ОКР, подтверждающие идею, см. рис. № 2.2.

Рис. № 2.2. Тестирование многомерного завихрителя

Настоящее изобретение относится к теплотехнике, в частности к вихревым турбо компрессионным системам с реверсивным циклом для нагрева или охлаждения, работающим на принципе нагрева или охлаждения любого теплоносителя — жидкости или газа за счет происходящих в них кавитационных и вихревых или только вихревых процессов.

Вихревой реверсивный турбо компрессионный термопреобразователь содержит два нагнетателя – энерго разделителя, каждый с установленными внутри двумя осевыми турбинами с полыми втулками по центру, которые вращаются вокруг общей оси в противоположных направлениях. Вращающиеся нагнетатели-энерго разделители по краям входят в стационарно закреплённые теплообменники, которые в зависимости от направления вращения системы используются в качестве источника тепла или холода.

Пневмо-гидравлическая связь двух рабочих полостей вихревого турбо генератора тепла / холода с внешней средой отбора тепла осуществляется через щель посредине между двумя вращающимися в противоположных направлениях нагнетателях-энерго разделителях, и через два заборника энергоносителя между теплообменниками и нагнетателями-энерго разделителями по бокам. Вихревой реверсивный турбо компрессионный термопреобразователь может быть использован в качестве источника тепла или холода для различных целей.

Из существующего уровня техники известен вихревой эффект (эффект Ранка-Хилша) — эффект разделения газа или жидкости при закручивании в цилиндрической или конической камере на две фракции. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре — закрученный охлажденный поток. Впервые эффект открыт французским инженером Жозефом Ранком в конце 20-х годов при измерении температуры в промышленном циклоне. Конструкции, использующие эффект Ранка, представляют собой разновидность теплового насоса, энергия для функционирования которого берётся от нагнетателя, создающего поток рабочего тела на входе трубы. В настоящее время реализован огромное количество аппаратов, в которых используется вихревой эффект.

Существенным недостатком всех систем разделения газа или жидкости при закручивании в цилиндрической или конической камере на две температурные фракции заключается в обязательном наличии отдельного нагнетателя, не возможность реверсирования процесса энерго разделения и невозможности напрямую использовать одну из температурных фракций многократно для целей увеличения температурного градиента.

Наиболее близким к заявленному техническому решению являются патент RU 2321804, опубликованный 10.04.2008, и патент RU 2407955, опубликованный 27.12.2010 в которых авторы попытались совместить осевой нагнетатель с вихревой трубой. Недостатками данного технического решения является однократность прохождения газа или жидкости через камеру энерго разделения, тем самым получение низкого КПД и не возможность реверсирования теплового потока при изменении направления вращения нагнетателя.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание принципиально нового термопреобразователя путём объединения процессов нагнетания и энерго разделения в один процесс с использованием многократного прохождения одной и той же ступени энерго разделения одним и тем же носителем (газ / жидкость).

Данная задача решается за счет того, что в вихревом реверсивном турбо компрессионном термопреобразователе объединены в одно не делимое целое процесс нагнетания и процесс энерго разделения теплоносителя за счёт использования двух осевых турбокомпрессоров особой конструкции, вращающихся контрроторно друг напротив друга вокруг общей втулки (холодного потока) с использованием многократного прохождения одной и той же ступени энерго разделения одной и той же порцией энергоносителя (газ / жидкость) с возможностью реверсирования нагрев-охлаждение за счёт изменения направления вращения полостей турбо генератора тепла / холода.

Техническим результатом является создание принципиально нового вихревого турбо компрессионного термопреобразователя, в работе которого одновременно участвуют несколько процессов – нагнетание и энерго разделение, благодаря тому, что вихревой компрессионный термопреобразователь содержит два нагнетателя-энерго разделителя каждый с установленными внутри двумя вывернутыми наизнанку осевыми турбинами с полыми втулками по центру, которые вращаются вокруг общей оси в противоположных направлениях и создают друг в друге эффект разделения газа или жидкости. Происходит это благодаря тому, что внутри каждого нагнетателя-энерго разделителя формируются два потока, один в другом, с противоположной круткой и с противоположным направлением движения. На периферии каждой полости образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре — закрученный поток с меньшей температурой. По краям двух полостей расположены теплообменники, которые в зависимости от направления вращения нагнетателей-энерго разделителей используются в качестве источника тепла или холода благодаря использованию многократного прохождения одной и той же ступени энерго разделения одним и тем же носителем (газ / жидкость).

Сущность изобретения поясняется чертежами № 3.1 и 3.2, на которых представлен вихревой реверсивный турбо компрессионный термопреобразователь.

Рис. № 3.1 Цилиндрические турбины с полно проходными отверстиями.

Рис. № 3.2.  3-D вид двух цилиндрических турбин с полно проходными отверстиями.

Вихревой реверсивный турбо компрессионный термопреобразователь включает в себя по две осевые турбины особой конструкции с полыми втулками по центру 3, 6 и 10, 13, которые закреплены в двух нагнетателях-энерго разделителях 5, 11. Нагнетатели-энерго разделители 5, 11 вращаются вокруг общего центрального потока в противоположных направлениях в которых протекает основной процесс энерго разделения в камерах 4,12. По краям стационарно расположены теплообменники 1, 15 с внешними заборниками энергоносителя 1-5, 11-15. Внутри каждого теплообменника расположено спрямляющее воздушный поток устройство. Посредине двух, вращающихся в противоположные направления нагнетателях-энерго разделителях 5, 11 расположен регулируемый дроссель 8 с камерами разделения потоков 7, 9 по обе стороны.

Работает устройство следующим образом.

• Рассмотрим процесс охлаждения теплообменников 1, 15.

При включении привода два нагнетателя-энерго разделителя 5,11 с расположенными внутри в каждом по две осевые турбины особой конструкции с полыми втулками по центру 3, 6 и 10, 13, начинают вращаться в противоположные стороны захватывая энергоноситель из полостей теплообменников 2, 14 через внешние заборникамии энергоносителя 1-5, 11-15 . При втекании энергоносителя в полости энерго разделения 4, 12 образуются интенсивные круговые потоки по периферии с противоположной круткой, которые встречаются друг с другом в камерах разделения потоков 7, 9 и вытекают через дроссель 8 в виде горячего потока. В камерах разделения потоков 7, 9 одновременно формируются при осевые обратные круговые потоки, которые направлены противоположно круговым потокам по периферии и имеют противоположную крутку. Благодаря организации такого процесса вращения одного потока внутри другого в противоположных направлениях и с противоположной круткой осуществляется процесс энерго разделения. Источником при осевого обратного потока для камеры энерго разделения 4 является нагнетатель-энергоразделитель 11. И наоборот. Источником при осевого обратного потока для камеры энерго разделения 12 является нагнетатель – энергоразделитель 5. При осевые обратные потоки заметно охлаждаются в полости энерго разделения 4, 12, отводятся в виде холодного потока в теплообменники 1, 15 где спрямляются (убирается крутка) и тормозятся в полостях 2, 14 , отдавая им тепло. Смешиваются с небольшой частью энергоносителя от внешнего заборника 1-5, 11-15 и весь процесс повторяется снова. Регулируя ширину дросселя 8 и входные площади внешних заборников энергоносителей 1-5, 11-15 изменяем общий уровень давления энергоносителя в системе , тем самым изменяем общее количество холодного потока, который будет многократно использоваться в работе системы.

• Рассмотрим процесс нагрева теплообменников 1, 15.

При включении привода два нагнетателя-энерго разделителя 5, 11 с расположенными внутри в каждом по две осевые турбины особой конструкции с полыми втулками по центру 3, 6 и 10, 13, начинают вращаться в противоположные стороны, захватывая энергоноситель из полостей камеры разделения потоков 7,8 через окно 8 и одновременно из противоположных при осевых зон осевых турбин особой конструкции 6, 10. При втекании энергоносителя в полостях энерго разделения 4, 12 образуются интенсивные с повышенной температурой круговые потоки по периферии с противоположной круткой. Благодаря организации такого процесса вращения одного потока внутри другого в противоположных направлениях и с противоположной круткой осуществляется процесс энерго разделения. Источником при осевого обратного потока для камеры энерго разделения 4 является нагнетатель-энергоразделитель 11. И наоборот. Источником при осевого обратного потока для камеры энерго разделения 12 является нагнетатель-энергоразделитель 5. Круговые потоки по периферии с повышенной температурой поступают в теплообменники 1, 15 где спрямляются и тормозятся в полостях 2, 14 , отдавая им тепло. Большая часть потока с небольшой частью новой порции энергоносителя от внешнего заборника 1-5, 11-15 снова поступает с одной стороны в при осевую полость 4 за счёт всасывания нагнетателя-энергоразделителя 11, с другой стороны в приосевую полость 12 за счёт всасывания нагнетателя-энергоразделителя 5 и весь процесс повторяется снова. Регулируя ширину дросселя 8 и входные площади внешних заборников энергоносителей 1-5, 11-15 изменяем общий уровень давления энергоносителя в системе, тем самым изменяем общее количество тёплого потока, который будет многократно использоваться в работе системы.

Динамический стапель исследования формирования и распространения нескольких многомерных вихревых потоков показан на рис. № 3.3.

Рис. № 3.3. Динамический стапель исследования формирования и распространения нескольких многомерных вихревых потоков.

Предлагается практическая конструкция генератора тороидального вихревого потока. 

Способ формирования тороидального многомерного вихревого потока основан на практических работах по сверхвысокоскоростным клапанным системам, опубликованным  в 2008 году в статье:    

http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/9155.html.

Способ основывается на том, что через вращающуюся механическую дисковую систему множества клапанов продувается воздух  с дополнительным  закручиванием на выходе каждого клапана, см. рис. № 15.1.

Рис. № 15.1. Ротационная много клапанная система формирования сверх высокоскоростного волнового фронта  любой среды.

Воздух засасывается в центральную часть сверху вниз. Таким образом формируется область пониженного давления по аналогии с таким природным явлением, как смерч, торнадо.

Для экспериментальных целей был изготовлен генератор тороидальных вихревых структур, см. рис. № 15.2.

Рис. № 15.2. Генератор тороидальных вихревых структур для экспериментального исследования температурных процессов .

Цель эксперимента:

1. Проверить возможность формирования двух спиральных вихревых противопотоков структуры “один в другом”.
2. Проверить эффект терморазделения в сформированной вихревой структуре.
3. Является ли  сформированная вихревая структура с одновременным разделением потоков по направлению и температуре так называемым сферическим тороидальным вихрем Хилла.
4. Возможен ли саморазгон вихрей.

Вихревая структура формируется с помощью радиального вентилятора  и блока подвижных завихрителей специальной формы.

В конструктивном плане основу генератора  представляет собой система дисковых клапанов один диск с профилированными определённым образом отверстиями, который  вращается принудительно  на одной оси с другим таким же диском также с профилированными определённым образом отверстиями.

В  каждый момент времени только одно окошко из множества  одного вращающегося диска и одно окошко другого вращающегося диска полностью совпадут друг с другом. Таким образом механическим способом формируется  так называемая сверхвысокоскоростная “бегущая дорожка” различных траекторий (по кругу, по спирали) на плоскости из чередующихся открывающихся/закрывающихся отверстий.

Так называемая сверхвысокоскоростная беговая дорожка из   чередующихся открывающихся/закрывающихся отверстий в дальнейшем при пропускании через неё под давлением воздуха от радиального вентилятора  становится источником   сверхвысокоскоростной воздушной волны, состоящей из множества так называемых воздушных “жгутов”.

Сами “жгуты” одновременно закручиваются встроенными завихрителями.

Таким образом формируется трёхмерная спиральная вихревая восходящая структура, внутри которой формируется внутренний нисходящий вихревой поток.