Вихревой эжектор выхлопных газов автотракторных средств Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

9. Zhang Li-Juan, Zhang Hua-Biao, Li Xin-Ye. Periodic solution and its stability of spring pendulum with horizontal base motion / Acta Phys. Sin. Vol. 67, No. 24 (2018) 15 p.

10. Development of a method for a computer model of a trajectory for the movement of a load of swinging spring / L. Kutsenko, O. Semkiv, A. Kalynovskyi, L. Zapolskyi, O. Shoman, G. Virchenko, V. Martynov, M. Zhuravskij, V. Danylenko, N. Ismailova // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies: Applied mechanics. 2019. Issue 1, No 7 (97) . P. 60-73

11. Куценко, Л.М. Шксасов М.М., Запольсь-кий Л.Л. 1люстрацп до статп "Геометричне моде-лювання перюдично! траeкторii вантажу хитно! пружини» (2018) URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/7637

12. Куценко Л.М., Шксасов М.М., Васильев С.В. 1люстраци до статп "Класифшащя елементiв ам'! перiодичних траекторiй руху вантажу хитно! пружини" (2019) URL: http://repositsc.nuczu.edu.ua/handle/123456789/8658

ВИХРЕВОЙ ЭЖЕКТОР ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ АВТОТРАКТОРНЫХ СРЕДСТВ

Серебряков Р.А.

ведущий научный сотрудник, Москва, Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ,

Оберемко И.И.

Тинова Групп, Карловы Вары,

VORTEX EJECTOR OF EXHAUST GASES OF AUTOMOTIV VEHICLES

Serebryakov R.

Federal Scientific Agroengineering Center Wim, liading research science, Moscow,

Oberemko I.

Tinowa group, s.r.o., Karlovy Vary

АННОТАЦИЯ

Охрана окружающей среды является одной из наиболее актуальных среди общечеловеческих проблем, поскольку от её решения зависят жизнь на Земле, здоровье и благосостояние человечества. Эта проблема особенно обострилась в XX веке, когда интенсивное развитие промышленности и транспорта, а также несовершенство технологических процессов привели к усилению загрязнения атмосферы, воды и почвы на нашей планете. Ежегодно мировое хозяйство выбрасывает только в атмосферу 350 млн. тонн окиси углерода, более 50 млн. тонн различных углеводородов, 150 млн. тонн двуокиси серы. В атмосфере накапливается углекислый газ, и в тоже время уменьшается количество кислорода [1], причем «вклад» автотранспортных средств в атмосферу составляет до 90% по окиси углерода и 70% по окиси азота. Подход к решению проблемы уменьшения выбросов автотранспорта сводится: к проблеме топливной экономичности, решению проблемы альтернативных топлив, оптимизации конструктивных решений двигателя и системы выхлопа.

ABSTRACT

Environmental protection is one of the most pressing problems among universal human being, since life on Earth, the health and well being of mankind depend on its solution/ This problem became especially acute in the 20th century, when the intensive development of industry and transport, as well as the imperfection of technological processes led to increased pollution of the atmosphere, water and soil on our planet. Every year, the world economy emits only 350 million tons of carbon monoxide, more than 50 million tons of various hydrocarbons, 150 million tons of sulfur dioxide. Carbon dioxide accumulates in the atmosphere, and at the same time the amount of oxygen decreases [1], and the "contribution" of vehicles to the atmosphere is up to 90% for carbon monoxide and 70% for nitric oxide. The approach to solving the problem of reducing vehicle emissions is reduced to the problem of fuel economy, solving the problem of alternative fuels, optimizing the desing of the engine and exhaust system.

Ключевые слова: выхлопные газы, токсичность, шум, аэродинамика, эжектор, вихревой эффект, вихревой вакуумнасос, коэффициент эжекции.

Keywords: exhaust gases, toxicity, noise, aerodynamics, ejector, vortex effect, vortex vacuum pump, ejection coefficient.

1. Обзор и анализ технических решений экологичной системы выхлопа ДВС

Проблемой увеличения мощности ДВС, снижения токсичности, шума выхлопа - за счет совершенствования всасывающей и выхлопной систем в автомобилестроении начали заниматься ещё в начале XX века, но особых успехов достигнуто не было. Учитывая, что основной энергетической

установкой для наземного, части водного и воздушного продолжает оставаться ДВС, борьба с загрязнением атмосферы выхлопными газами и одновременно поиск путей увеличения мощности ДВС ведется по следующим направлениям:

- повышение мощности ДВС и снижение токсичности выхлопа за счет совершенствования системы выхлопа, используя явления резонанса,

- разработка систем с чистым или нулевым выхлопом,

- повышение мощности ДВС и снижение токсичности выхлопа за счет улучшения аэродинамики коллекторных систем и использования особенностей закрученного потока газа.

1.1. Увеличение мощности двигателя путем использования колебаний во всасывающей системе - это и есть резонансный или акустический наддув. Колебания давления во всасывающей и выхлопной системах оказывают существенное влияние на работу двигателя и на отдаваемую им мощность. Теоретический предел увеличения коэффициента наполнения цилиндров, используя акустический метод, ориентировочно равен 41%, что может дать повышение мощности в среднем на 20-25%. Но, коллектор ДВС является очень тонкой акустической системой, и пока не удалось найти эффектив-

ных технических способов реализации теоретических идей, предложенных ещё в 30-е годы прошлого столетия [2, 3].

1.2. Известно, что около 20 европейских автомоторостроительных фирм участвовали в проекте «Флитс» по разработке гибридного силового агрегата для автотранспорта, эксплуатируемого в городских условиях. Проект предусматривал не только идеи так называемого чистого выхлопа, но и формулировал научные и инженерно-технологические решения по созданию двигательных установок с нулевым выхлопом. Первым результатом этого очень дорогостоящего проекта является разработка фирмы «Saab» (Швеция) для типового ДВС нестандартной системы частичного сбора, рециркуляции и нейтрализации выхлопных газов, показатели которой уже сегодня не только соответствуют, но и значительно покрывают требования по обеспечению экологических параметров самого жесткого в мире американского стандарта ULEV (Таблица 1.):

Таблица 1

Содержание в

редных веществ ]

Страна, стандарт Составляющие выхлопных газов

NOx CO CH

USA - ULEV 0,2 1,7 0,04

Sweden - Saab 0,09 0,5 0,029

1.3. В течение нескольких десятилетий ученые искали возможность использования кинетической или волновой энергии продуктов сгорания в системах выхлопа для повышения степени заполнения или улучшения удаления продуктов сгорания более простым и дешевым способом [4], но они теряли смысл при их экономической оценке. И, наконец, в начале 90-х годов прошлого столетия на авторынках появился японский насадок на выхлопную трубу автомобиля «SuperAccelPower», сконструированный на основе широко известного прямоструйного эжектора (Рис. 1).Он обеспечивал экономию топлива до ~ 10%, повышение мощности двигателя и уменьшение шума выхлопа. В течение ряда лет над подобной проблемой работалиученые ЦАГИ, НИИАС и СГАКУ: в результате, в 1983 г. на

базе явлений эжекции, аэродинамики и особенностей закрученного потока газа, был запатентован «Ускоритель потока выхлопных газов ДВС с вихревым эжектором» (Патент РФ №2059839 МКИ F 01 N 1/08, F 02 B 27/04). Это устройство работало как вихревой эжекторный вакуум-насос, способный создавать высокие разряжения в вакуумированных объемах, недоступные для одноступенчатых струйных эжекторов. Назначение ускорителя потока, в дальнейшем называемого - автомобильный вихревой эжекторный насадок (АВЭН): повышение экономичности и мощности двигателя внутреннего сгорания, снижение токсичности и шума выхлопных газов (Рис.2).

Рис. 1. Насадок «Super Accel Power» (Япония)

Рис. 2. Автомобильный вихревой эжекторный насадок

2. Основы теории вихревого эжекторного насадка

2.1. Из теории двигателей внутреннего сгорания [5] известно, что на мощностные и экономические характеристики большое влияние оказывает полнота наполнения цилиндра (камеры сгорания) Ьу, зависящая от давления Pr на выходе из системы выхлопа. Чем ниже давление Pr, тем больше полнота наполнения Ьу, тем лучше используется рабочий объем цилиндра двигателя, больше мощность двигателя и ниже удельный эффективный расход топлива ge, который обратно пропорцинален ьу:

£ Тт , Ра Рг , 1

Ш=—--{®----}; ge = —, где:

£-1 Тт+АТ Рт еРт Ну

£ - степень сжатия в цилиндре, Tm, АТ - температура смеси на впуске и прирост температуры при

сгорании, ф - степень уменьшения объема, Ра - атмосферное давление, Рm - давление на впуске.

2.2. Снижение давления Pr можно достичь в том случае, если выхлопные газы пропустить через устройство, в котором происходит обтекание уступов и подсос дополнительной массы воздуха эжектором. Установка в потоке выхлопных газов тела в форме конуса и закрутка этого потока вдоль оси выхлопа создает на его донной поверхности, в первом приближении, практически такое же разряжение. Срез для конуса и выхлопной трубы необходимо разместить в эжекторе. Тогда эжектируемый и закрученный выхлопными газами воздух из атмосферы засасывается с увеличенной скоростью в заданном сечении конуса, что приводит к снижению

статического давления в соответствии с уравнением Бернулли: Pa = Pi + (рЬ УЬ) / 2, где Pi - давление в рассматриваемом сечении; рЬ, УЬ- плотность и скорость засасываемого воздуха из атмосферы с давлением Ра.

2.3. Вихревые движения в течение многих лет являются объектом тщательного изучения вследствие их распространенности в природе, многогранности свойств и проявлений, а также из-за тесной связи вихревых образований со многими сложными природными физическими явлениями. Теоретическое описание вихревых течений связано с определенными физическими и математическими трудностями. Это обусловлено как нелинейностью и сложностью уравнений гидродинамики, так и отсутствием полного понимания и ясности в самих процессах переноса во вращающихся потоках.

Много работ, анализирующих отдельные положения вихревого движения, было написано основоположником вихревой теории винта Н.Е. Жуковским. Впоследствии, большой вклад в создание основ теории вихревого эффекта внесли Ж. Ранк, М.Г. Ду-бинский и В.С.. Мартыновский. Гипотезу о физической природе вихревого эффекта разработал А.П.Меркулов [6]. Гипотеза взаимодействия вихрей Меркулова А.П. наиболее полно отражает особенности разделения в вихре. Она объясняет многие эффекты, обнаруженные экспериментально, и является основой практически всех современных методов расчета характеристик вихревых устройств. Устройство, в котором реализуется вихревой эффект, называется вихревой трубкой (Рис.3.).

1 ■

Рис.3. Схема вихревой трубы: гладкая цилиндрическая трубка, 2 - тангенциальное сопло. 3 - входная улитка, 4 - диафрагма, 5 - дроссель.

2.4. Вихревой эжекторный вакуум-насосявляется основополагающим элементом автотранспортных эжекторных насадков. При работе вихревого эжектора, как и в целом вихревой трубы Ранка, используется наличие неоднородности термогазодинамических параметров потока по радиусу сечения рабочего пространства, в частности, понижение статического давления в направлении оси. Во вращающемся потоке различаются две области течения: с постоянной циркуляцией (свободный вихрь) и с постоянной угловой скоростью вращения (вынужденный вихрь), разделенные радиусом вихревого шнура гЬ, причем газовый поток тц, движущийся в напрвлении диффузора, целиком проходит в области свободного вихря. Движение является осесимметричным, распределение газодинамических параметров в расчетных сечениях соответствует изоэнтропе. Схематичное изображение проточной части эжектора, эпюры

осевых (Са) и окружных (Си) скоростей, распределение потоков газа показано на Рис.4.

Здесь и далее приняты следующие обозначения:

-Г

- г = - - приведенный радиус;

- Я - средний радиус входа потока сжатого

газа;

т2

- п = — - коэффициент эжекции;

- ci , сь] - коэффициент потерь полного давления в сечении i или на участке ь];

у = 1 - = - параметр, циркуляционной

характеризующивеличину области;

- р - относительная температура,

- I - безразмерная скорость;

- q - расходная газодинамическая функция;

- р - плотность газа.

Рис.4. Схематичное изображение эжектора и эпюры скоростей в рабочем пространстве

Рассмотрим три расчетных сечения. Расчет первого сечения I позволяет определить форму каналов тангенциально-осевого ввода и, при известной площади и форме каналов, их количество, а также угол наклона оси сопла к плоскости поперечного сечения камеры завихрения. Второе сечение II располагается вблизи среза нгизконапорного сопла в камере смешния вихревого эжектора.Расчет параметров потока в этом сечении позволяет определить вакуумирующую способность эжектора и давление

на срензе сопла пассивного потока. Пассивный поток вводится без закрутки и подмешивается к активному потоку. В третьем расчетном сечении III, находящемся на выходе из камеры смешения , в области свободного вихря протекает смесь активного и пассивного потоков. Для определения границы свободного вихря используется уравнение, полученное из условия минимизации скорости газа на внутренней граничной трубке тока:

На Рис. 5. приведена зависимость коэффициента эжекциипот приведенного потока Рэ.

Рис. 5

3. Алгоритмы расчета вихревого эжекторного насадка

В вихревом эжекторе - в круговом потоке окружную скорость газа, распространяющуюся на все меньший радиус, можно довести до близкой к максимальной скорости и теоретически получить какое угодно низкое давление на оси потока. Вихревой эжектор, в сущности, представляет собой самовакуумитующуюся трубу. Если к вихревому эжектору подается сжатый газ с абсолютным давлением Р01, температурой Т01 и секундным массовым расходом m1, а из диффузора газ вытекает в окружающую среду с барометрическим давлением Ра, то степень расширения подаваемого сжатого (активного) газа в вихревом эжекторе определяется как: п = Р01/ Ра . Если отверстие диафрагмы соединено с вакуумируемой магистралью, абсолютное давление которой Р02, температура Т02, пассивный газ из магистрали засасывается в вихревой эжектор, сжимается в диффузоре атмосферного давления и выбрасывается вместе с активным газом из диффузора в атмосферу. Степень вакуумирования пассивного газа определяется соотношением: пп = Ра / Р02. Второй важной характеристикой является коэффициент эжекции п, представляющий собой отношение секундного массового расхода m2, пассивного газа к секундному массовому расходу активного газа m1: п= m1 /m2.

Рассмотрим упрощенный расчет эжекторного насадка для ДВС собъемом цилиндра Q и числом

оборотов п при скорости движения V. Если ДВС в минуту выбрасывает G газа, а диаметр выхлопной трубы равен dтр, то скорость истечения выхлопного газа из трубы: Vвг = Q/Fтр. Проведем оценку основного геометрического параметра эжектора а, равного отношению площадей выходных сечений сопел для эжектирующего F1и эжектируемого F2 газов (Рис.4.- сечения I и II): а = F1/F2, создающего максимальное разряжение на срезе этих сопел, т.е. на выходе в камеру смешения. Величина разряжения во входном сечении смесительной камеры определяется из соотношения: Др = Pн - P01 = (рвг ^вг) / 2 (а2 п2 w2), где Pн - давление набегающего потока воздуха, рвг, Vвг - плотность и скорость выхлопных газов^ - коэффициентэжекции, равный отношению количества m2, эжектируемого к количеству m1 эжектирующего газов, п = m2/m1,w = ^ / Vвг -коэффициент скорости, равный отношению скорости набегающего потока (скорости автомобиля) ^ к скорости выхлопных газов Vвг. В то же время коэффициент эжекции:

у(1+1)^2а+а2(у2-1) + (1+а2у)ш2-1-у2

п = -3-—-, где у =

1+а2у2 ' м '

F3 + F2),

F3- площадь выхода из эжектора (Рис.4. -сечение III). Используя приведенные выше зависимости, определим:

п = ^аш) и ДP=Pн - Pвг =^аш). Видно, что коэффициент эжекции с увеличением а падает, а с ростом ш возрастает.

Насадок обеспечивает необходимое разряжение на выходе из выхлопной трубы для указанных выше параметров двигателя и режимов его работы, а именно: - влияние дна конуса на выхлопе примем Р=(РЬ - Ра)/(рвгУвг)/2, где Рa - атмосферное давление, РЬ - давление около дна конуса. Это несколько меньше разряжения, получающегося при обтекании конусов, учитывая то, что выхлопными газами конус обтекается не по всей его поверхности. Допустим примем температуру выхлопных газов равной Т, тогда из уравнения

состояния газа имеем плотность газов рвг = Ра / gRTи величину разряжения Р02 = РЬ - Ра = - рвг •У2/2.

Таким образом, для принятого выше режима работы двигателя, используя только эффект эжекции, можно ожидать величину разряжения на выхлопе, равную Р02.

2. Конструкция эжекторного насадка

Конструктивная схема одного из вариантов эжекторного насадка представлена на Рис. 6.

I /1а5еган>ищй лото* быдуха

Рис.6. Конструктивная схема эжекторного насадка

Эжекторный насадок работает следующим образом. Выхлопные газы двигателя автомобиля через выхлопную трубу 5 с конусной юбкой 6 и цилиндрический патрубок насадка 4 попадают в проточные каналы 7, сформированные переходником 1 и ускорителем выхлопных газов 2. При входе в сопло 3 они увлекают за собой воздух через воздушные каналы насадка 9 с соплом 11 и далее через аппарат закрутки потока 12 - образуя таким образом вихревой эжектор. По законам аэродинамики при обтекании газами и эжектируемым воздухом основания корпуса - на нем возникает пониженное давление, которое

поддерживается потоком выхлопных газов и дополнительно эжекируемым воздухом при движении автомобиля. Кроме того, дополнительное разряжение к основанию конуса 8 добавляет закрученный поток вихревого эжектора -пониженное давление он создает в центральной части закрученного потока смеси газа и воздуха. Для этой же цели сопло 3, переходящее в сопло Лаваля 10, выполнено в виде усеченного конуса с малым углом сужения по ходу движения потока газа. На Рис. 7. представлены варианты эжекторных насадков.

Рис.7. Эжекторные насадки для: а - ВАЗ 2106, б -Ока, в - мотодикл, г - городской автобус «Икарус», д - речной буксир,

е - трактор «Беларусь 2022»

5. Исследования работы вихревого эжекторного насадка

Исследования проводились в два этапа:

- стендовые - на моторном стенде комплексной автоматической установки $АК-Ы670,

- натурные - на автотрассах.5.1.

При исследовании ДВС на стендах их характеристики принято разделять на три класса: скоростные, нагрузочные и регулировачные.

При проведении стендовых

экспериментальных исследованиях

фиксировались: - токсмчность выхлопных газов (СО, N0), крутящий момент Мкр, расход топлива вг, температура головки блока цилиндров Тц, давление масла Рм, по которым расчитывались эффективная мощность № и часовой расход топлива вт. Основные материалы исследований вихревого эжектора для двигателя ВАЗ-2103 представленына рисунках 8, 9, 10, 11.

1500 2500 3500

Частота вращения коленного вала, об/мин ( Мир-базов.

Рис. 8. Мкр = /(п)

2500 3500

Частота вращения коленного вала, об/мин (—СО - баюв ■

Рис. 9. Мкр = /(п)

1500 2500 3500 Частота вращения коленного »ала, об/мин {-М, - базов. ;-<

Рис. 10. Мкр =/(п)

5.2. Натурные испытания вихревой эжекторной установки проводились как сравнительные в два этапа. Сначалапроводилось снятие базовых характеристик двигателя. Автомобиль ВАЗ - 2106(Рис. 12.) с заводскими регулировками проезжал оговоренный маршрут

сначала в одном, а затем в другом направлении. При этом измерялся уровень шума прибором ВШВ-3 по методике, указанной в Правилах ЕЭК ООН №51 (пп. 3.1 и 3.2 приложения 3), частота вращения коленчатого вала измерялась прибором ГИАМ--21 с питанием от бортовой сети автомробиля, уровень

токсичности выхлопных газов (СО, СН, СО2) прибором ГИАМ-29М--3, а скорость движения автомобиля и пройденный путь контролировалась штатным автомобильным спидометром. После снятия базовой характеристики, на автомобиль

устанавливался вихревой эжекторный насадок и испытания повторялись в том же порядке по тому же маршруту. Результаты испытаний - в Таблицах 2, 3, 4, 5.

Рис. 12 Автомобиль ВАЗ-2106 с вихревым эжекторным насадком

Без насадка

Таблица 2

№№ Скорость, Км/ч Расход, л/100 км Обороты двигателя, об/мин

1 60 7,3 1920

2 62 7,3 2000

№№ Скорость, Км/ч Расход, л/100 км Обороты двигателя, об/мин

1 100 9,1 3160

2 100 9,3 3200

Таблица 3 С насадком

№№ Скорость, Км/ч Расход, л/100 км Обороты двигателя, об/мин

1 80 7,2 2560

2 80 7,3 2560

№№ Скорость, Км/ч Расход, л/100 км Обороты двигателя, об/мин

1 100 8,4 3200

2 100 8,42 3200

Таблица 4

Измерения шума_

Испытание Обороты двигателя, об/мин Направление от оси Среднее значение уровня шума, дБа

0 45 90

Уровень шума, дБа Уровень шума, дБа Уровень шума, дБа

Без насадка 800 65,0 66,7 66,8 66,3

2000 77,4 77,6 78,4 77,8

С насадком 800 61,2 62,2 63,1 62,16

2000 74,1 74,5 75,0 74,12

Таблица 5

Измерение выбросов СО,_

Оксид углерода, объемная доля, %

Без насадка 1,8

С насадком 1,35

Уменьшение 25%

Выводы

Вихревой эжекторный насадок по эффективности превосходит аналогичные известные устройства (Патент ЕПВ по заявке № 0323039 МКИ Б 01 N 1/08; Патент СССР №1544996 МКИ Б 01 N 1/08; Патент СССР МКИ №1460375 МКИ Б 02 В 27/04; Патент Франции №2644510 МКИ Б 02 В 27/04; Патент Японии №1048378 МКИ

Б 01 N 1/08), т.к., кроме снижения токсичности, уменьшает уровень шума выхлопа, повышает мощность двигателя и экономит топливо, не вызывает дополнительных гидравлических потерь в системе выхлопа и имеет простую конструкцию и ннизкую себестоимость. Стендовые и ходовыеиспытания на двигателях а/м ВАЗ подтвердили эффективную работу насадка в

широком диапазоне частот вращения коленчатого вала двигателя и угла открытия дроссельной заслонкиЮ при этом работоспособность двигателя не ухудшается во всем диапазоне его работы. Испытания насадка, установленного на двигателе с рабочим объёмом ~ 1540 см3, показали увеличение эффективной мощность двигателя до 12% и снижение часового расхода топлива до 20% при оборотах 2000^4000 об/мин, соответственно. Вследствие более качественного сгорания горючей смеси в камере сгорания двигателя, уменьшается токсичность выхлопых газов автомобиля: процентное содержание СО при этом снижается до 10%, а СН - до 15%.

Вихревой эжекторный насадок не имеет аналогов в мире, а технология защищена Патентом РФ № 2548330 МКИ F 01 N 1/08, F 02 B 27/04. При соответствующей конструктивной и

функциональной доработке, вихревой эжекторный

насадок возможно использовать вместо некоторых элементов штатного автомобильного глушителя.

Литература

1. Звонов В.А., Токсичность двигателей внутреннего сгорания, М. Машиностроение, 1973

2. ж. «Дизелестроение», №9, 1039, с. 17.

3. Шапиро Б.К., О расчете акустического фильтра, ЖТФ, т. XI, вып. 5, 1941, с. 17-18.

4. ж. «Дизелестроение», №10, 1939, с. 13.

5.Круглов М.Г., Орлин А.С., Двигатели внутреннего сгорания, М. Машиностроение, 1969.

6. Меркулов А.П., Вихревой эффект и его применение в технике, М. Машиностроение, 1969.

7. Метенин В.И., Принцип работы и характеристики противоточного вихревого эжектора, Межвуз. Сб. науч. Трудов, Л. 1982, с.5.

8. Абрамович Г.Н., Прикладная газовая динамика, М. Наука, 1969, с. 825. средств, М. Энерго-атомиздат/ 2000.

ТЕХНОЛОГИИ ВИХРЕВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

Серебряков Р.А.

Агроинженеррный научный центр ВИМ, Москва

Бирюк В.В.

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева, Самара Оберемко И.И.

Тинова групп, Карловы Вары

VORTEX ENERGY TECHNOLOGIES

Serebryakov R.

Federal Scientific Agroengineering center WIM, Moscow

Birjuk V.

Samara State Aerospace University named after academician S.P.Korolyov, Samara

Oberemko I.

Tinowa Group, s.r.o., Karlovy Vary

АННОТАЦИЯ

Несмотря на давнюю историю изучения и практическую важность закрученных потоков, их общие закономерности до сих пор еще недостаточно изучены. Так, до сих пор окончательно не выяснены физические механизмы зарождения, самоподдержания и распада закрученных потоков. Различные подходы, разработанные в теории атмосферных вихрей, теории вихревых промышленных аппаратов, магнитной гидродинамики, оказываются недостаточными для построения полной теоретической модели, позволяющей делать количественные расчеты с необходимой точностью, объясняющей результаты натурных измерений и учитывающей многокомпонентность сред, сложность, трехмерность процессов, существенных для зарождения, развития, самоподдержания и распада вихревых образований, нелинейность уравнений, описывающих эти процессы. Тем не менее, уже сейчас мы имеем некоторые эмпирические алгоритмы процессов, происходящих в закрученных потоках, и методики расчета вихревых устройств и установок, которые уже не одно десятилетие используются в различных промышленных технологиях. Отличительной особенностью вихревых аппаратов является их простота, отсутствие движущихся частей, безинерцион-ность, малый вес и надежность конструкций. Вихревые технологии - это, пожалуй, единственный случай, когда энергия турбулентности используется для совершения работы, выделения и поглощения тепла, формирования градиентов давления.

ABSTRACT

Regardless long-time history of research in this field, as well as practical importance of vortex flows, their general laws have not yet been researched enough. Thus, physical mechanisms of birth, origin, self-renewal and disruption of vortex flows have not yet been completely revealed, Various approaches developed within the framework of atmospheric vortices theory, vortex industrial equipment theory and magnetic hydrodynamics appear not to be enough for the construction of comprehensive theoretical model allowing to