Содержание к диссертации
стр,
ГЛАВА I, СОСТОЯНИЕ ВОВРОСА И ЦЕШ ИССВДОВАНШ ......... Ю
1.1. Общие сведения о вихревой трубе .......... ю
Конструктивная схема и принцип
Основные геометрические и режимные параметры и термодинамические характеристики 13
Энергетическая эффективность ......... 16
1.2. Структура закрученного потока в камере
энергетического разделения .......... 23
1+2Л* Распределение скоростей .............. 23
1.2.2* Распределение давлений ............... 27
1.2.3. Распределение температур ............. 29
1.3. Теоретические исследования вихревого
эффекта 37
Анализ вихревого эффекта с позиций термогазодинамики.........«....*... 37
Анализ вихревого эффекта с использованием методов теории подобия ........ 45
1.4. Экспериментальные исследования
вихревых труб ............................ 51
1.4.1. Влияние начальных параметров
сжатого газа .....*..*.........*.*.* ^^
Влияние конструктивных параметров .... 59
Днухконтурные вихревые трубы ......... 73
Охлазодаемые вихревые трубы
............
1.5. Вихревые регенеративные установки 83
Холодильные установки 83
Установки термостатирования 93
Воздухоосушители 96
1.6. Кондиционирование воздуха с использованием
вихревых труб 102
1.6.1. Индивидуальное кондиционирование
воздуха 102
1.6.2. Устройства для кондиционирования
. воздуха в помещениях 108
1.6.3. Кондиционирование воздуха на
транспортных средствах НО
1.7. Цель и задачи исследования 117
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ВИХРЕВЫХ
ТРУБ 119
Физическая модель процесса температурного разделения в закрученном потоке газа ....... 119
Методика экспериментального исследования ... 134
Оптимизация основных геометрических параметров 144
ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ
ВИХРЕВЫХ ТРУБ 160
3.1. Шхревые трубы с увеличенным развихрителем
нагретого потока 160
3.2. Характеристики вихревой трубы с дроссель-
ншш устройствами различного типа . 167
Влияние внутренней нарезки на эффективность вихревой трубы 173
Вихревые микротрубы 177
Низконапорные вихревые трубы 190
Вихревые трубы с проточным охлаждением 197
Вихревые трубы с непроточным и испарительным охлаждением 200
Расходные характеристики вихревых труб ..... 206
Приведенная холодопроизводительноеть
вихревых труб 212
ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВИХРЕВЫХ ТЕРМОСТАТОВ 220
Характеристики термостата в режиме охлаждения 220
Характеристики термостата в режиме нагревания 238
Методика раечета вихревых термостатов ...... 249
4.4. Примеры расчета 251
ГЛАВА 5. ВИХРЕШЕ В03ДУХ00СУШИТЕЛИ 262
Осушители с понижением давления осушенного воздуха 264
Осушители с сохранением давления осушенного воздуха 277
Осушитель без регенерации холода осушенного потока 280
Осушитель с регенерацией холода осушенного потока 283
5.3. Осушители с параллельным соединением
вихревой труби и теплообменника 295
Осушитель без регенерации холода осушенного потока 297
Осушитель с регенерацией холода осушенного потока 304
Использование конденсата для охлаждения вихревой трубы осушителя 318
Экспериментальные характеристики воздухоосушителей 326
Воздухоосушитель установки для озонирования воды 326
Воздухоосушитель судовой станции приготовления питьевой воды 333
Воздухоосушитель системы защиты паровых турбин от стояночной
коррозии 338
5.5.4. Воздухоосушитель пневматического
краскораспылителя ..... 343
5.6. Технико-экономические показатели и перспек
тивы применения -вихревых воздухоосушителей 354
ГЛАВА 6. УСТРОЙСТВА ДІЯ КОВДИЦТЮШРОВАШШ ВОЗДУХА
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИХРЕВЫХ ТРУБ 361
6.1. Регулирование параметров и расходов
воздуха 362
Индивидуальный вихревой кондиционер ...... 372
Кондиционер с развихрителем охлажденного потока 377
б Л. Система кондиционирования воздуха с
низконапорной вихревой трубой 382
6.5. Технико-экономические показатели и перспективы применения вихревых кондиционеров ..... 391
ВЫВОда 399
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 403
ПРИЛОЖЕНИЯ 427
Введение к работе
На современном этане развития советской экономики главное значение имеют вопросы повышения эффективности производства и качества выпускаемых изделий. Решение этих задач возможно при широком использовании в народном хозяйстве новой техники и технологии, что предусмотрено решениями ХШІ съезда KHGG.
Производительность труда и качеств продукции связаны с эффективностью систем комфортного и технологического кондиционирования воздуха, в том числе, оеушки последнего. Особенно важное значение имеет качественная осушка сжатого воздуха, широко используемого в промышленности и строительстве. Следует отметить также необходимость осушки природного газа перед транспортировкой его в магистральных трубопроводах.
В настоящее время распространены системы осушки и кондиционирования воздуха с дарокомпрессионными холодильными машинами и турбодетандерами, отличающиеся соответственно невысокой энергоемкостью и небольшими массой и габаритами.
Однако сложность конструкции и связанная с этим высокая стоимость изготовления определяшт целесообразность использования таких устройств только при достаточно продолжительных сроках эксплуатации, хотя во многих случаях годовая продолжительность работы этого оборудования невелика. Последнее относится, в первую очередь, к системам кондиционирования, используемым в климатических условиях средних географических широт, продолжительность работы которых ограничена летним периодом года, особенно к системам речных судов, а также некоторых типов летательных аппаратов. В таких случаях использование традиционных сиетем не всегда экономически обосновано.
Кроме того, обычные епоеобы осушки и кондиционирования
воздуха часто оказываются неэффективными при решении других задач данной области техники - простота изготовления, уменьшение материалоемкости и габаритних размеров, быстродействие, удобство использования.
Изложенные задачи в значительной степени могут быть решены путем использования в качестве генераторов холода и тепла вихревых труб, являющихся весьма компактными, дешевыми в изготовлении и простыми в эксплуатации устройствами*
Поэтому всестороннее исследование ж разработка систем осушки и кондиционирования воздуха с вихревыми трубами и уточнение условий их эффективного использования являются одним из актуальных и важнейших направлений совершенствования принципиальных технических решений в рассматриваемой области техники.
В нашей стране большой вклад в создание и исследование вихревых аппаратов внесли М.Г.Дубинский, В.С.Мартыновский, В.И.Метении, В.М.Бродянский, А.В.Мартынов. Особенно следует отметить засдуги А.П.Меркулова, под руководством которого получены существенные результаты в теоретическом и экспериментальном исследованиях и практическом использовании вихревых аппаратов.
Основной задачей данной работы является теоретическое и экспериментальное исследование вихревых труб и аппаратов с целью определения оптимальных способов и систем осушки и кондиционирования воздуха с использованием вихревого эффекта и выявления экономически целесообразных областей применения таких систем.
Научная новизна работы заключается в следующем: определена физическая сущность процесса энергетического разделения в закрученном потоке газа как результата перераспределения молекул по радиусу вихря под действием поля центробежных сил; показано, что при больших степенях расширения форма вихревой трубы практически не влияет на термодинамические характеристики; получены характе-
ристики микротруб и низконапорных охлаждаемых труб большого диаметра? предложено определять термодинамическую эффективность вихревых труб величиной приведенной холодопроизводительности; получены уравнения для тепловлажностного расчета вихревых воз-духоосушителей, позволяющие определять их реальные характеристики; разработаны системы кондиционирования воздуха с низконапорной вихревой трубой и индивидуальный вихревой кондиционер с теплообменником; показана возможность регулирования температур и расходов воздействием только на входной и дроссельный вентили вихревой трубы; предложен способ регулирования температуры за счет изменения длины активной зоны камеры энергоразделения.
На защиту выносятся: I. Результаты исследования термодинамических характеристик вихревых труб, включающие разработку физической модели процесса энергетического разделения в закрученном потоке газа, определение оптимальных конструктивных и режимных параметров и перспективных конструкций вихревых труб, построение их обобщенных характеристик. 2. Методика расчета, разработка и создание систем осушки и кондиционирования воздуха с использованием вихревых труб, экспериментальные характеристики и технико-экономические показатели этих систем.
Настоящая диссертационная работа выполнена в соответствии с планами хоздоговорных и госбюджетных научно- исследовательских работ по темам: "Исследование вихревых труб для местной вентиляции", Р ГР 7306232; "Исследование вихревых труб для систем вентиляции" , Р ГР 75019280; "Исследование вихревых труб", W ГР 81049359; "Исследование вихревых газоосушителей систем технологической осушки", W ГР 0I860I23I28.
Автор выражает глубокую благодарность коллективу кафедры отопления и вентиляции Горьковского инженерно-строительного института за создание условий, способствовавших выполнению данной работы.
