Визуализация структуры течения в противоточной вихревой трубе


Авторы

Пиралишвили Ш. А., Веретенников С. В., Тряпина В. А.

Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьёва, РГАТУ, ул. Пушкина, 53, Рыбинск, Ярославская область, 152934, Россия

Аннотация

Противоточные закрученные течения широко применяются для интенсификации процессов тепло- и массообмена, а также сжигания различных видов топлива. Реализация температурной стратификации (эффекта энергоразделения) в таких потоках позволяет дополнительно повысить эффективность вихревых устройств. В настоящее время отсутствует общепризнанная физико- математическая модель, описывающая явления, протекающие в вихревой трубе. Во многом это обусловлено сложностью структуры противоточного закрученного течения газа в камере энергоразделения, понимание которой может существенно помочь в развитии теории вихревого эффекта. В статье рассмотрены особенности течения в противоточной вихревой трубе, выявленные в результате визуализации движения воздуха и воды при варьировании режимных параметров. Вихревые спиралевидные структуры образуются в зоне смешения приосевого и периферийного потоков и могут пульсировать за счет гироскопического механизма.

Ключевые слова:

закрученный поток, вихревой эффект, энергоразделение, вихревая труба Ранка–Хилша

Библиографический список

  1. Пиралишвили Ш.А. Вихревой эффект (Физическое явление, эксперимент, теоретическое моделирование). Москва: Научтехлитиздат, 2012. 342 с.

  2. Меркулов А.А. Вихревой эффект и его применение в технике. Москва: Машиностроение, 1969. 177 с.

  3. Суслов А.Д., Иванов С.В., Мурашкин А.В. Вихревые аппараты. Москва: Машиностроение, 1985. 251 с.

  4. Zhang B., Guo X. Prospective applications of Ranque – Hilsch vortex tubes to sustainable energy utilization and energy efficiency improvement with energy and mass separation // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. Vol. 89. P. 135–150.

  5. Santos E.D.D., Marques C.H., Stanescu G., Isoldi L.A., Rocha L.A.O. Constructal Design of Vortex Tubes // Constructal Law and the Unifying Principle of Design / Ed. by L.A.O. Rocha, S. Lorente, A. Bejan. New York: Springer New York, 2013. P. 259–273.

  6. Vasilyuk O.V., Veretennikov S.V. Simulation of vortex expansion separator for steam // AIP Conference Proceedings. American Institute of Physics, 2020. Vol. 2211. No. 1. Article number 060007.

  7. Xue Y., Arjomandi M., Kelso R. A critical review of temperature separation in a vortex tube // Experimental Thermal and Fluid Science. 2010. Vol. 34. No. 8. P. 1367–1374.

  8. Gutak A.D. Experimental investigation and industrial application of Ranque-Hilsch vortex tube // International Journal of Refrigeration. 2015. Vol. 49. P. 93–98.

  9. Guo X., Zhang B., Liu B., Xu X. A critical review on the flow structure studies of Ranque–Hilsch vortex tubes // International Journal of Refrigeration. 2019. Vol. 104. P. 51–64.

  10. Ahlborn B., Groves S. Secondary flow in a vortex tube // Fluid Dynamics Research. 1997. Vol. 21. No. 2. P. 73–86.

  11. Erdélyi I. Wirkung des Zentrifugalkraftfeldes auf den Wärmezustand der Gase, Erklärung der Ranque-Erscheinung // Forschung auf dem Gebiet des Ingenieurwesens. 1962. Vol. 28. No. 6. P. 181–186.

  12. Liew R., Zeegers J.C.H., Kuerten J., Michalek W.R. Maxwell’s Demon in the Ranque-Hilsch Vortex Tube // Physical Review Letters. 2012. Vol. 109. No. 5. Article number 054503.

  13. Eiamsa-ard S., Promvonge P. Review of Ranque — Hilsch effects in vortex tubes // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2008. Vol. 12. No. 7. P. 1822–1842.

  14. Deissler R.G., Perlmutter M. Analysis of the flow and ener gy separation in a turbulent vortex // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1960. Vol. 1. № 2–3. P. 173–191.

  15. Xue Y., Arjomandi M., Kelso R. Visualization of the flow structure in a vortex tube // Experimental Thermal and Fluid Science. 2011. Vol. 35. No. 8. P. 1514–1521.

  16. Arbuzov V.A., Dubnishchev Yu.N., Lebedev A.V., Pravdina M.Kh., Yavorski N.I. Observation of large-scale hydrodynamic structures in a vortex tube and the Ranque effect // Technical Physics Letters. 1997. Vol. 23. No. 12. P. 938–940.

  17. Aydin O., Baki M. An experimental study on the design parameters of a counterflow vortex tube // Energy. 2006. Vol. 31. No.14. P. 2763–2772.

  18. Gordienko M.R., Yavorsky N.I., Pravdina M.Kh., Kakaulin S.V., Kabardin I.K. Visualization in the Ranque-Hilsch vortex tube using high-speed video recording // Journal of Physics Conference Series. 2021. Vol. 2119. No. 1. Article number 012104.

  19. Guo X., Zhang B., Li L., Liu B., Fu T. Experimental investigation of flow structure and energy separation of Ranque – Hilsch vortex tube with LDV measurement // International Journal of Refrigeration. 2019. Vol. 101. P. 106–116.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024