Wirbelrohre. Schema, Beschreibung

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Wirbelrohre. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Die Funktionsweise des Wirbelrohrs basiert auf dem sogenannten. Rank-Hilsch-Effekt (1933). Das Wirbelrohr ist ein gasdynamisches Gerät mit tangentialem Gaseinlass, Abb. 2.3.1.

Wirbelrohre
Abb.2.3.1. Diagramm eines Wirbelrohrs.

Wie bekannt ist, interagieren die Strömungsoberflächen in wirbelnden viskosen Gasströmen bei Vorhandensein eines transversalen Geschwindigkeitsgradienten aufgrund der Anwesenheit tangentialer viskoser Kräfte miteinander. Die zur Überwindung dieser Kräfte aufgewendete Arbeit wird in Wärme umgewandelt. Dabei können unterschiedliche Jets über unterschiedliche Gesamtenergiereserven verfügen

Das Vorhandensein eines Temperaturgradienten in der Strömung bestimmt den Wärmeaustausch zwischen den Gasschichten. Einen großen Beitrag zur Umverteilung der Gesamtenergie leistet jedoch der turbulente Übertragungsmechanismus.

Das Wirbelrohr besteht aus einem Körper in Form eines Zylinder- oder Diffusorrohrs mit einem Durchmesser des Anfangsabschnitts und Länge , tangential zum Körper der Einlassdüsen angeordnet mit einer Durchgangsfläche , Membranen mit Lochdurchmesser , das sich in der Nähe des Düseneinlasses befindet, und ein konisches Steuerventil am Ende des Gehäuses gegenüber der Membran.

Die Intensität der Energietrennung von Gasen in einem Wirbelrohr wird üblicherweise aus der Abhängigkeit der Gasübertemperaturen abgeschätzt и aus dem Anteil des gekühlten Stroms . In diesem Fall

wo - Stagnationstemperatur am Eingang des Wirbelrohrs, am Austritt der gekühlten bzw. heißen Strömungen;

и - Massendurchsätze des anfänglichen bzw. des gekühlten Gasstroms.

Wirbelrohre
Abb.2.3.2. Die Temperatur des Gases am Ausgang des VT.

Typische experimentelle Größenabhängigkeiten и aus der relativen Strömungsgeschwindigkeit des Kaltstroms sind in Abbildung 2.3.2.(195) dargestellt.

Normalerweise jedes Kurvenpaar entsprechen bestimmten Bedingungen für die Durchführung von Experimenten: dem Verhältnis der Gasdrücke am Einlass zum Wirbelrohr und am Auslass der gekühlten Strömung aus der Membran , Gastemperatur am Eintritt in das Wirbelrohr , dimensionslose Fläche der Einlassdüsen usw.

Der Effekt der Energietrennung von Gas ist untrennbar mit der Neuordnung der gedämpften turbulenten Wirbelbewegung verbunden und tritt in einem ziemlich ausgedehnten Strömungsbereich auf, der sich vom Düseneinlass bis zu einer Entfernung von einem bis mehreren Dutzend Wirbelrohrdurchmessern erstreckt. Wenn die Region lang ist, werden die darin auftretenden Phänomene nicht durch die detaillierte Struktur der Strömung am Eingang des Wirbelrohrs bestimmt, sondern sollten von den Variablen abhängen, die die Strömung als Ganzes charakterisieren. diese. aus Integralwerten, wie etwa dem Massendurchsatz des in das Rohr eintretenden Gases , Impulsfluss in Richtung der Rohrachse , der Energiefluss und die Massenströmungsrate des kalten Gases, das durch die Öffnung der Membran aufgenommen wird . Zu diesen integralen Merkmalen muss noch ein charakteristisches Maß hinzugefügt werden – der Rohrdurchmesser .

Es ist zu beachten, dass es sich bei der Gasströmung im Wirbelrohr um eine entwickelte turbulente Strömung handelt. Es kann davon ausgegangen werden, dass die Turbulenz, die durch die aus den Einlassdüsen des Wirbelrohrs strömenden Strahlen angeregt wird, ein hohes Niveau aufweist, das über dem Niveau der Turbulenz liegt, die in der Grenzschicht an den Rohrwänden im gesamten Energietrennungsbereich erzeugt wird.

Der Arbeitswert des Drucks am Eingang des Wirbelrohrs kann in weiten Grenzen schwanken; Nach den verfügbaren Daten arbeitet das Wirbelrohr stabil bei einem Gesamteingangsdruck von 0,5–0,7 MPa; es sind Experimente mit dem Durchgang von Gas mit einem Druck von bis zu 25 MPa durch das VT bekannt. Die Temperatur der warmen und kalten Ströme hängt von der anfänglichen Gastemperatur am Einlass ab; die Abbildung gibt einen Eindruck vom Temperaturunterschied in den Strömen; Dieser Unterschied bleibt normalerweise bestehen. Die Energieverluste im WT hängen mit der Reibung des Hochgeschwindigkeitsgasstroms an den Wänden zusammen.

Somit ist das Wirbelrohr ein sehr praktisches Werkzeug zur Erzeugung von Gasströmen mit hoher Temperatur (+60, +800 °C) und niedriger Temperatur (-20, -400 °C), die für Heiz- und Kühlzwecke verwendet werden können.

Gegenwärtig ist die Vortex-Technologie in der Industrie weit verbreitet: Vortex-Steuerventile in Schubkontrollsystemen für Raketentriebwerke, Vortex-Kühler, Vortex-Reinigungssysteme, Gasentwässerung in der Gasindustrie, Vortex-Gasaufbereitungssysteme für die Anforderungen der Pneumatik und Gasautomatisierung.

Siehe andere Artikel Abschnitt Alternative Energiequellen.

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