ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

. ВИХРЕВОЙ ЭФФЕКТ. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

.1 Сущность вихревого эффекта и конструкции вихревых труб

1.2 Экспериментальное исследование вихревого эффекта

.3 Исследование структуры потока в вихревой трубе

. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ВИХРЕВОГО ЭФФЕКТА

.1 Основные уравнения

.2 Гипотеза турбулентного энергообмена

.3 Предельная оценка вихревого эффекта

. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ УСТАНОВОК

.1 Описание действующего лабораторного стенда

.2 Описание модернизированного лабораторного стенда

.3 Методика измерений

. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ «ВИХРЕВОЙ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОР»

.1 Последовательность проведения лабораторной работы

. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Закрученные потоки в связи с их практическими приложениями представляют собой важный раздел современной гидрогазодинамики.

Одно из технических приложений закрученных потоков основано на вихревом эффекте энергетического разделения газов, открытом в 1931 году Жозефом Ранком. Позже Р. Хилшем было разработано устройство, в котором реализуется такой эффект. Такие устройства принято называть трубкой Ранка - Хилша.

В СССР вихревой эффект изучался в Одесском технологическом институте пищевой и холодильной промышленности, а также в Куйбышевском авиационном институте, где в 1956 г. была создана лаборатория промышленного применения вихревого эффекта.

Поскольку с помощью трубки Ранка - Хилша осуществляется преобразование энергии вращающегося потока в тепло с одновременным охлаждением части потока, её называют «Вихревой термотрансформатор», или «Вихревой распределитель». Эффект теплового разделения потока оказывается полезным во многих областях техники в качестве холодильно-нагревательных установках.

В связи со сложностью математической модели (трехмерное течение вязкого теплопроводного газа на турбулентном режиме) существуют затруднения в разработке теории этого эффекта. Основные данные о работе этого устройства получены экспериментально.

Построению основ теории вихревого эффекта посвящена работа А.П. Меркулова [1].

В работе Тарунина Е.Л. и Аликина О.Н. [3] приводятся результаты численного решения задачи об осесимметричном ламинарном течении вязкого теплопроводного газа в вихревом термотрансформаторе.

Появление в арсенале исследователя прикладных программных систем инженерного анализа в области гидрогазодинамических процессов, а также современный уровень развития вычислительной техники, позволяет ставить задачу о численном исследовании процессов протекающих в вихревом термотрансформаторе.

Целью данной работы является модернизация учебной лабораторной установки для лаборатории гидравлики и теплотехники кафедры 34, МГИУ и разработка соответствующих методических материалов.

В различных курсах теплотехнического цикла на кафедре 34 проводится лабораторная работа «Вихревой термотрансформатор » для ознакомления студентов с одним из эффектов реального газа.

В данной работе поставлена задача модернизации лабораторной работы для наполнения ее более информативным методическим содержанием и обеспечения измерения параметров газа в более полном объеме с помощью современного регистрирующего оборудования и последующей их обработки с использованием современной вычислительной техники.

Поскольку на предварительной стадии проведения экспериментов, в рамках бакалаврской работы, было выявлено, что часть регистрирующего оборудования позволяет нам работать только в низком диапазоне входных давлений, нами было принято решение о покупке нового датчика расхода, и параллельном соединении уже имевшихся, что позволило нам работать в более высоких диапазонах входных давлений, и экономии денежных средств университета.

1. ВИХРЕВОЙ ЭФФЕКТ. ОБЗОР ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

.1 Сущность вихревого эффекта. Конструкции вихревых труб

Вихревой эффект, или эффект Ранка [1], проявляется в закрученном потоке вязкой сжимаемой жидкости и реализуется в очень простом устройстве, называемом вихревой трубой (трубой Ранка-Хилша, вихревым энергоразделителем, вихревым холодильником), схематическая конструкция которой изображена на рис 1.

Рис. 1

Вихревая труба представляет собой гладкую цилиндрическую трубу 1, снабженную тангенциальным соплом 2, улиткой 3, диафрагмой 4 и дросселем 5.

При втекании газа через сопло образуется интенсивный круговой поток, приосевые слои которого заметно охлаждаются и отводятся через осевое отверстие диафрагмы в виде холодного потока, а периферийные слои подогреваются и вытекают через дроссель в виде горячего потока.