"СССР - Самстрой Самостоятельному Строителю Рекомендует" - №12

5/2008

Вихревые механические теплогенераторы: Принцип работы

На одной из выставок нам пришлось столкнуться с интересным устройством - вихревой теплогенератор. Назначение - обогрев помещений, а вот принцип нагрева воды (теплоносителя) достаточно неожиданный: за счет сил, возникающих при движении самого теплоносителя. Нас заинтересовала данная тема, а что удалось собрать - читайте далее.

С принципом, заложенным в работу вихревых теплогенераторов, впервые столкнулся французский инженер Жозеф Ранк (нач. прошлого века). Исследуя свойства искусственно создаваемого вихря, в разработанной им вихревой трубе, создавался следующий эффект: на выходе вихревой трубы наблюдалось разделение сжатого воздушного потока на теплую и холодную струю. Исследования продолжил немецким изобретатель Роберт Хилш, который в сороковых годах (ХХ в) улучшил конструкцию вихревой трубы Ранка, тем самым увеличив разность температур двух воздушных потоков на выходе из трубы.

Впоследствии попробовали пропустить через трубу Ранка-Хилша уже не воздух, а воду. Эффект приятно впечатлил, но в чем суть происходящего?

Начнем издалека. Согласно физике известно: любое механическое воздействие над жидкостью в замкнутом объеме неизбежно приводит к ее нагреву. Например, включите обычный (дачный) циркуляционный насос в режиме "сам на себя": соединив выход насоса с его входом. Спустя некоторое время вода в насосе закипает. Подобный эксперимент был проведен еще великим физиком Д. Джоулем, который доказал, что в результате механического воздействия, совершаемого над жидкостью, вся механическая работа может быть превращена в тепло.

Однако теплогенератор - это не просто насос, гоняющий воду. В его работе используется знание следующего физического процесса (за основу в объяснении мы взяли принцип работы технологического оборудования "Текмаш").

Поток жидкости, который необходимо нагреть, разгоняется насосом и направляется в специальную насадку-смеситель, где скорость его значительно повышается, а давление падает. Одновременно, как видно на иллюстрации, через сопла в рабочую зону с явно большей скоростью впрыскиваются струи подмешиваемой жидкости.

В результате взаимодействия этих потоков в жидкости происходит т.н. эффект кавитации. При чем в зоне взаимодействия этих потоков возникают центры парообразования в виде кавитационных микропузырьков, которые уносятся потоком жидкости и растут до размеров в несколько миллиметров.

Попадая в зону расширения потока, где его давление возрастает, пузырьки начинают уменьшаться в размерах и схлопываются. В силу свойств жидкости схлопывание пузырьков происходит асимметрично и сопровождается образованием кумулятивной струйки, ударяющей с большой скоростью в противоположную стенку пузырька. Попадание в зону удара струйки твердых частиц или инородных жидкостей приводит к их активному разрушению (дроблению), так как давление в зоне схлопывания достигает нескольких десятков тысяч атмосфер. Массовая обработка жидкости микроударами приводит к ее нагреву, измельчению частиц инородной среды и образованию устойчивых эмульсий и суспензий.

В основном КПД таких машин достигает 90-95% - превращение механической работы в тепло.

P.S. В Интернете идет большая полемика вокруг машин с КПД более 100%, но мы воздержимся от каких-либо суждений и комментариев.

"СССР - Самстрой Самостоятельному Строителю Рекомендует" - №12