способ интенсификации рабочего процесса в вихревых кавитационных аппаратах

Формула изобретения

Способ интенсификации рабочего процесса в вихревых кавитационных аппаратах, в которых процесс образования и схлопывания кавитационных каверн осуществляется при протекании жидкости через осесимметричный канал переменного сечения, отличающийся тем, что во вращающемся в рабочем канале потоке жидкости в зоне канала, содержащей кавитационные каверны, создают поперечные линиям тока основного движения жидкости вихри, осуществляющие циркуляционный перенос кавитационных каверн из приосевой зоны основного вихря в рабочем канале на его периферию и обратно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам интенсификации рабочего процесса в вихревых кавитационных смесителях, гомогенизаторах, диспергаторах, а также кавитационных теплогенераторах.

Известны близкие по физико-технической сущности аналоги - вихревые кавитационные аппараты для диспергирования, гомогенизации, измельчения и т.п. различных компонентов в различных технологических процессах (Федоткин И.М., Пемчин Л.Ф. Использование кавитации в технологических процессах. Киев: Вища школа, 1984 г., с. 12, 13, 32), в которых рабочие процессы обеспечивают интенсификацию их работы при одновременном частичном обеспечении малого износа аппаратов, реализующих эти процессы.

При этом однако не найдено достаточно хороших физико-технологических решений одновременно успешно решающих задачи интенсификации рабочего процесса и повышения надежности вихревых кавитационных аппаратов.

Известен также способ осуществления рабочего процесса с применением кавитационных вихревых аппаратов с осесимметричным рабочим каналом переменного сечения, когда процесс образования и схлопывания кавитационных каверн приводит к избыточному энерговыделению (патент РФ 2061195, 6 F 24 J 3/00), зависящему от интенсивности кавитационных процессов в рабочем канале аппарата - прототип.

Предложенный способ реализации рабочего процесса в вихревых кавитационных аппаратах направлен на дополнительную интенсификацию процессов образования-схлопывания кавитационных каверн при одновременном создании условий для снижения износа рабочего канала аппарата из-за действия кавитации.

Этот результат достигается тем, что в рабочем канале во вращающемся потоке жидкости в зоне канала, содержащей кавитационные каверны, создают поперечные линиям тока основного движения жидкости вихри, осуществляющие циркуляционный перенос кавитационных каверн из зоны основного вихря в рабочем канале на его периферию и обратно.

На фиг. 1-3 даны примеры реализации описываемого способа в вихревых кавитационных аппаратах с осесимметричным рабочим каналом.

На фиг. 1 представлен вихревой кавитационный аппарат. Имеющий входную камеру 1, осуществляющую закрутку поступающего во входной патрубок 2 жидкости. Закрутка осуществляется за счет тангенциального ввода жидкости в камеру 1 или применения закручивающего направляющего аппарата.

Вращающийся поток жидкости поступает в осесимметричный рабочий канал 3, имеющий участок 4 малого диаметра с критическим сечением, обеспечивающим понижение давления и образование кавитационных каверн в основном ядре потока. Далее поток поступает в диффузорную часть 5 канала 3 и далее - во входной патрубок 6.

На участке 5 осуществляется торможение потока с повышением давления, что приводит к схлопыванию кавитационных каверн.

Для интенсификации рабочего процесса согласно данному способу на стенках рабочего канала выполнены профильные выступы или ребра 7. Например, расположенные по поверхности стенки в шахматном порядке. В результате во вращающемся в рабочем канале потоке жидкости в зоне канала, содержащей кавитационные каверны, создаются поперечные линиям тока основного движения жидкости вихри (см. картину течения в поперечном сечении А-А на фиг. 1), осуществляющие циркуляционный перенос кавитационных каверн из приосевой зоны основного вихря в рабочем канале, где имеет место пониженное давление, на его периферию, где имеет место повышенное давление.

Таким образом, циркуляционный перенос кавитационных каверн приводит к интенсификации процесса их схлопывания в периферийной зоне основного вихревого потока и к интенсификации их образования при переносе зародышей кавитации в приосевую зону основного вихревого потока.

В результате каждый элементарный объем жидкости по мере его движения по рабочему каналу многократно переходит из зоны низкого давления в зону высокого давления и обратно, что существенно интенсифицирует кавитационные процессы в аппаратах этого типа, а следовательно, технологические процессы, осуществляемые за счет кавитации.

В то же время за счет вихревого движения основного потока давление на стенках канала 3 остается высоким. В результате схлопывание кавитационных каверн происходит на удалении от стенки рабочего канала, что обеспечивает практическое отсутствие износа стенок рабочего канала.

На фиг. 2 изображен кавитационный аппарат, где в рабочем канале 3 выполнен винтовой выступ, расположенный поперечно линиям тока основного потока, что также приводит к реализации описываемого способа.

На фиг. 3 показан кавитационный аппарат, в рабочем канале 3 которого выполнены периферийные торообразные камеры 8, осуществляющие дополнительную закрутку потока в плоскости, пересекающей линии тока основного потока, что приводит к переносу кавитационных каверн из ядра основного потока через камеру 8 снова в ядро потока при одновременном его сжатии. При этом элементарные объемы жидкости с кавитационными зародышами периодически переносятся из зон высокого давления в зоны низкого давления и обратно.

Образующийся при реализации описанного способа циркуляционный перенос жидкости, насыщенной кавитационными кавернами, через зоны высокого и низкого давления создает в рабочем канале периодические колебания давления, также интенсифицирующие кавитационные процессы в аппаратах этого типа и назначения.