способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева)
Классы МПК: | F25B9/02 с использованием эффекта Джоуля-Томпсона; с использованием вихревого эффекта |
Автор(ы): | Леонтьев А.И. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество закрытого типа "Грааль", Научно-производственное предприятие "Саров" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-05-23 публикация патента:
10.03.1998 |
Изобретение используют в промышленной теплотехнике для создания холодильно-нагревательных аппаратов. Газ под давлением из разделительной камеры 1 подают в две коаксиально расположенные трубы 2 и 3. По внутренней трубе 3 газ с помощью профилированного сопла 7 разгоняют до сверхзвуковой скорости. По кольцевому каналу газ проходит с дозвуковой скоростью. Для увеличения длины кольцевого канала в него может быть вставлена спиралевидная направляющая вставка 8. На выходе из внутренней трубы установлен сверхзвуковой диффузор 5. Между потоками газа, проходящими по каналам, возникает перепад температур. Применение способа позволяет повысить термодинамический КПД по сравнению с вихревым аппаратом. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ температурной стратификации газа, включающий подачу газа в разделительную камеру, вывод холодного и горячего газа через отдельные газоходы, отличающийся тем, что газовый поток после разделительной камеры направляют по внутренней и внешней трубам, при этом по внутренней трубе газ через профилированное сопло разгоняют до сверхзвуковой скорости, по внешней трубе газ пропускают с дозвуковой скоростью, соотношение между массовыми расходами во внешней трубе Gx и общим расходом Gc лежит в интервале Gx/Gc = 0,1 oC 0,8, соотношение давлений в разделительной камере Р001 и на выходе газа из внутренней трубы Р00г лежит в интервале Р001/Р00г = 2 oC 30. 2. Устройство для температурной стратификации газа, содержащее корпус, выполненный в виде трубы, с разделительной камерой для приема обрабатываемого газа и с газоходами вывода холодного и горячего газов, отличающееся тем, что корпус снабжен дополнительной трубой из теплопроводного материала меньшего диаметра с профилированным сверхзвуковым соплом и сверхзвуковым диффузором, установленной коасиально в первой трубе. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено спиралевидной направляющей вставкой, расположенной в газовом канале между трубами, при этом приведенная длина этого газового канала![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-14t.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-15t.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к промышленной теплотехнике, в частности к созданию холодильно-нагревательных аппаратов для разделения газового потока на холодную и горячую части. Известен способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления, в котором происходит разделение газового потока на охлажденную и нагретые части, основанные на вихревом эффекте. Устройство содержит разделительную камеру, входной и выходной газоходы (трубка Ранка) [1]. Основным недостатком известного технического решения является низкая термодинамическая эффективность используемого процесса энергетического разделения. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ температурной стратификации газа [2] , в котором высоконапорный газ вводят в камеру через соосное с ней сопло, отводят холодный газ через отверстие в выходной части камеры, а нагретый газ - в противоположном направлении. Основным недостатком известного решения является низкий термодинамический КПД, еще более низкий, чем у вихревого аппарата, величина которого не превышает![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106042/951.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106038/8773.gif)
x/Gc лежит в пределах 0,1 oC 0,8. При Gх/Gc < 0,1 общий расход газа делается неоправданно большим, при Gx/Gc > 0,8 эффект температурной стратификации делается слишком незначительным.
Соотношение давлений в сверхзвуковом канале P001/P00г лежит в пределах 2 oC 30. При P001/P00г < 2 делается неустойчивой работа профилированного сопла и сверхзвукового диффузора, при P001/P00г > 30 возникают технологические трудности при сбросе или дальнейшем использовании горячего (холодного при Pr > 1) газа. Интервал относительной длины![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-2t.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-3t.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-4t.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-5t.gif)
а) один поток дозвуковой направляется по кольцевому каналу 2 и выводится через газоход 6;
б) второй поток разгоняется до сверхзвуковой скорости в профилированном сопле 7, направляется в цилиндрическую трубу 3 и выводится через газоход 4. Если стенка внутренней трубы 3 сделана из теплопроводного материала, то для Pr < 1 (что справедливо для большинства газов) температура стенки трубы 3 будет меньше входной температуры газа T00x < T00г, и дозвуковой поток газа будет охлаждаться, а сверхзвуковой поток газа нагреваться вследствие перегиба поперечного профиля температур в сверхзвуковом потоке. В результате на выходе из аппарата температура торможения дозвукового потока будет меньшей, чем начальная температура газа T00x < T001, а температура торможения сверхзвукового потока будет увеличиваться по сравнению с начальной температурой газа T00г > T001. Температурная стратификации будет тем больше, чем меньше коэффициент восстановления r. Для газов коэффициент восстановления
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-6t.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-7t.gif)
(T00x/T001)max = r. Для Pr = 0,725 (воздух) (T00x/T001)max = 0,85 для ламинарного режима и (T00x/T001)max = 0,898 для турбулентного, т.е. температурный эффект примерно такой же, как для вихревой трубы. Для водородоксеноновой смеси Pr = 0,12 и (T00x/T001)max = 0,35. Для Pr > 1, например, для перегретого пара
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-8t.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-9t.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-10t.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106054/936.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-11t.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106042/951.gif)
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106042/951.gif)
Gx/Gc = 0,3, P001/P00г = 5,
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-12t.gif)
Пример 2. Холодильник с вихревой трубой типа ТВХ для хранения пищевых продуктов в самолете работает от бортовой пневмосети с давлением 0,35 МПа. Холодильник имеет следующие характеристики:
Объем - 50
Холодопроизводительность, Вт - 20
Расход охлажденного воздуха, кг/с - 0,005
Расход сжатого воздуха, кг/с - 0,02
Замена вихревой трубы предлагаемым устройством тех же габаритом и той же массы позволила за счет увеличения КПД увеличить
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106044/956.gif)
Gx/Gc = 0,4, P001/P00г = 6,
![способ температурной стратификации газа и устройство для его осуществления (труба леонтьева), патент № 2106581](/images/patents/365/2106581/2106581-13t.gif)
Gx/Gвдув = 0,4. Литература, принятая во внимание. 1. Суслов А.Д., Иванов С.В., Мурашкин А.В., Чижиков Ю.В. Вихревые аппараты. М.: Машиностроение, 1985, с. 254. Авт.Св. СССР 259915, кл. F 25 B 23/00, 24.12.68.
Класс F25B9/02 с использованием эффекта Джоуля-Томпсона; с использованием вихревого эффекта