Вихревые преобразователи энергии

Преимущества закрученного течения известны и хорошо изучены. Они заключаются в наличии сдвиговых напряжений, приводящих к повышенному уровню турбулентности в закрученном потоке по сравнению с прямолинейными струйными течениями, повышенному времени пребывания частицы в потоке, большими возможностями по реализации траекторий движения. Принципиальным отличием всех закрученных потоков является наличие, либо отсутствие зоны возвратного течения относительно оси потока, а также гомогенность или гетерогенность потока. Во многих случаях существенную роль в процессах тепло- и массопереноса играет теплота фазовых переходов, происходящих в вихревых потоках.

Многообразие направлений применения закрученного потока и огромное число конструктивных схем устройств, работающих с использованием вихревых потоков, (циклонов, горелок, вихревых труб, гидравлических теплогенераторов, распылителей) не позволяет унифицировать методику расчёта, затрудняет и удорожает поиск оптимальных решений.

Однако в работе всех видов вихревых преобразователей энергии имеется общее, характерное для всех вихревых устройств свойство заключающееся в том, что, при создании вихревых потоков газа или жидкости в них протекают интенсивные процессы тепло- и массопереноса, изменяющие физические характеристики рабочей среды и ее состояние. При этом энергетическое воздействие на рабочую среду осуществляется за счет различных способов организации и управления вихревым движением потоков.

Вихревое движение потоков газа, жидкости и двухфазных гетерогенных сред сопровождается различными физическими эффектами, среди которых можно выделить наиболее значимые: нагрев и охлаждение рабочего тела, образование двухфазных жидкостно-газовых сред, сопровождающееся кавитацией, диспергированием и распылением рабочей среды. Понимание природы процессов, происходящих в вихревых потоках газов, жидкостей и двухфазных жидкостно-газовых вихревых потоках позволит целенаправленно вести разработку вихревых преобразователей энергии и технологического оборудования с их использованием, что открывает широкие возможности для повышения качества изделий машиностроения и эффективности технологических процессов.

В течение последних десятилетий в различных технических объектах все чаще используются вихревые преобразователи энергии, принцип действия которых основан на преобразовании энергии при вихревом движении потоков газообразных и жидких сред. Установлено, что при вихревом движении газов и жидкостей происходят интенсивные процессы тепло- и массопереноса, в связи с чем вихревые устройства находят все более широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Однако в технологических процессах машиностроительных производств вихревые устройства применяются ограниченно, хотя сфера их применения может быть весьма широкой. При использовании многофункциональных вихревых преобразователей энергии появляется возможность повысить эффективность таких технологических процессов машиностроительного производства, как обработка материалов резанием, мойка деталей, приготовление эмульсий смазывающе-охлаждающих жидкостей, нанесение защитных покрытий и решать ряд других технологических задач. Вихревое движение потоков газа, жидкости и двухфазных гетерогенных сред сопровождается различными физическими эффектами, среди которых можно выделить наиболее значимые: нагрев и охлаждение рабочего тела, образование двухфазных жидкостно-газовых сред, сопровождающееся кавитационными явлениями или диспергированием и распылением жидкости. Данное обстоятельство объясняется различными свойствами используемых рабочих тел и, соответственно, различными механизмами тепло- и массопереноса в вихревых потоках.