Tubos de vórtice. Esquema, descrição

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O funcionamento de um tubo vórtice é baseado no chamado. Efeito Ranque-Hilsch (1933). Um tubo de vórtice é um dispositivo gás-dinâmico com uma entrada de gás tangencial, Fig. 2.3.1.

Tubos de vórtice
Figura 2.3.1. Diagrama do tubo vórtice.

Como é sabido, em fluxos turbulentos de um gás viscoso na presença de um gradiente transversal de velocidade, as superfícies atuais interagem entre si devido à presença de forças viscosas tangenciais. O trabalho gasto para superar essas forças é convertido em calor. Neste caso, diferentes fluxos podem ter diferentes reservas de energia total

A presença de um gradiente de temperatura no fluxo determina a troca de calor entre as camadas de gás. No entanto, uma grande contribuição para a redistribuição da energia total pertence ao mecanismo de transferência turbulenta.

O tubo vórtice consiste em um corpo feito em forma de tubo cilíndrico ou difusor com diâmetro de seção inicial e comprimento , localizado tangencialmente em relação ao corpo dos bicos de entrada com uma área de seção transversal , diafragma com diâmetro de furo , localizada próximo à entrada do bocal, e uma válvula de controle cônica na extremidade da carcaça oposta ao diafragma.

A intensidade da separação energética dos gases em um tubo de vórtice é geralmente estimada a partir da dependência das temperaturas excessivas do gás и da fração do fluxo resfriado . Neste caso,

onde - temperatura de estagnação na entrada do tubo de vórtice, na saída dele dos fluxos resfriado e quente, respectivamente;

и - vazões mássicas dos fluxos de gás inicial e resfriado, respectivamente.

Tubos de vórtice
Figura 2.3.2. Temperatura do gás na saída do TP.

Dependências experimentais típicas de quantidades и na taxa de fluxo relativa do fluxo frio são mostrados na Figura 2.3.2.(195).

Geralmente cada par de curvas certas condições experimentais correspondem a: a relação entre as pressões do gás na entrada do tubo de vórtice e na saída do fluxo resfriado do diafragma , temperatura do gás na entrada do tubo de vórtice , área adimensional dos bicos de entrada etc

O efeito da separação energética do gás está inextricavelmente ligado à reestruturação do movimento turbulento do vórtice amortecido e ocorre em uma região de fluxo bastante extensa, estendendo-se desde a entrada do bocal até uma distância de uma a várias dezenas de diâmetros do tubo do vórtice. Se a região for longa, os fenômenos que nela ocorrem não serão determinados pela estrutura detalhada do fluxo na entrada do tubo de vórtice e deverão depender de variáveis que caracterizam o fluxo como um todo. aqueles. em quantidades integrais, como a taxa de fluxo de massa do gás que entra no tubo , fluxo de momento na direção do eixo do tubo , fluxo de energia e taxa de fluxo de massa de gás frio levado através da abertura do diafragma . A essas características integrais, é necessário adicionar um tamanho característico - o diâmetro do tubo .

Deve-se notar que o fluxo de gás no tubo de vórtice é um fluxo turbulento desenvolvido. Pode-se supor que a turbulência excitada pelos jatos que fluem dos bocais de entrada do tubo de vórtice tem um nível elevado, excedendo em toda a região de separação de energia o nível de turbulência gerado na camada limite nas paredes do tubo.

A pressão operacional na entrada do tubo de vórtice pode variar dentro de limites amplos; De acordo com os dados disponíveis, o tubo de vórtice opera de forma estável a uma pressão total de entrada de 0,5-0,7 MPa, são conhecidos experimentos com passagem de gás através do VT com pressão de até 25 MPa. A temperatura das correntes quente e fria depende da temperatura inicial de entrada do gás; a figura dá uma ideia da diferença de temperatura nos fluxos; essa diferença, via de regra, permanece. As perdas de energia no VT estão associadas ao atrito de um fluxo de gás em alta velocidade contra as paredes.

Assim, um tubo de vórtice é uma ferramenta muito conveniente para obter fluxos de gás de alta temperatura (+60, +800С) e baixa temperatura (-20, -400С), que podem ser usados para fins de aquecimento e refrigeração.

Atualmente, a tecnologia de vórtice é amplamente introduzida na indústria: válvulas de controle de vórtice em sistemas de controle de empuxo para motores de foguete, refrigeradores de vórtice, sistemas de limpeza de vórtice, sistemas de secagem de gás na indústria de gás, sistemas de tratamento de gás de vórtice para as necessidades de automação pneumática e de gás.

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