RU2323386C1

RU2323386C1 - Flow swirler

Info

Publication number: RU2323386C1
Application number: RU2006128198/06A
Authority: RU
Inventors: Тать на Валерьевна Маркова (RU); Татьяна Валерьевна Маркова; Анатолий Петрович Тишин (RU); Анатолий Петрович Тишин
Original assignee: Анатолий Петрович Тишин
Priority date: 2006-08-03
Filing date: 2006-08-03
Publication date: 2008-04-27

Abstract

FIELD: hydrodynamics; heating engineering.

SUBSTANCE: flow swirler can be used for processes of mixing and re-mixing of media, for handling heat exchange process between media and for transportation of different media with lower hydraulic resistance, particularly, different kinds of liquids, gases, different-phase media mixtures and pseudo-liquated powder-shaped media. Double-bladed fluid medium flow swirler has flat blades mounted in tube at angle to flow of liquid medium. Swirler has two similar swirlers mounted in tube with round cross-section. Any blade has profile in form of half-ellipse cut along its longer axis to two blades and achieved due to sloped section of tube, which section is made at angle to axis of tube being equal to angle of slope of blade's edge, formed by longer axis of ellipse, to axis of tube at mounting blades in tube. Angle of slope of blades' edge, formed by longer axis of ellipse, is inversely symmetrical to axis of tube and it equals to 5-85°.

EFFECT: reduced cost of manufactures; improved reliability of operation.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области гидродинамики и теплотехники для организации процессов смешения и перемешивания сред, организации процесса теплообмена между средами, а также для организации транспортировки различных сред с меньшим гидравлическим сопротивлением, в частности различного рода газов, жидкостей, разнофазных смесей сред и псевдоожиженных порошкообразных сред.The invention relates to the field of hydrodynamics and heat engineering for organizing processes of mixing and mixing media, organizing the process of heat exchange between media, and also for organizing the transportation of various media with lower hydraulic resistance, in particular various kinds of gases, liquids, different-phase mixtures of media and fluidized powder media.

Известен завихритель потока, в частности газа или жидкости в трубах круглого сечения, содержащий закручивающую решетку с профилированными лопатками, выполненными в форме элемента боковой поверхности кругового конуса (см. авторское свидетельство SU, №301494, кл. F23С 7/00, 21.04.1971).Known swirl flow, in particular gas or liquid in pipes of circular cross section, containing a twisting grating with profiled blades made in the form of an element of the lateral surface of a circular cone (see copyright certificate SU, No. 301494, class. F23C 7/00, 04/21/1971) .

Однако данный завихритель потока имеет сравнительно сложную технологию его изготовления, имеет большое количество деталей и требует для изготовления специальное оборудование, что сужает область его использования.However, this flow swirl has a relatively sophisticated technology for its manufacture, has a large number of parts and requires special equipment for manufacturing, which narrows the scope of its use.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является завихритель потока текучей среды, содержащий установленные в трубе под углом к потоку текучей среды плоские лопатки, имеющие прямолинейные выходные кромки и образующие внутренние полости в форме однополостных гиперболоидов вращения (см. патент RU №2259862, 10.09.2005).The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a fluid flow swirl containing flat blades installed in the pipe at an angle to the fluid flow, having straight output edges and forming internal cavities in the form of single-cavity rotation hyperboloid (see patent RU No. 2259862, 09/10/2005).

Данный завихритель позволяет эффективно закручивать поток текучей среды, однако он также состоит из большого количества деталей, что усложняет технологию его изготовления и сужает область его использования.This swirler allows you to effectively twist the fluid flow, however, it also consists of a large number of parts, which complicates the technology of its manufacture and narrows the scope of its use.

Задачей изобретения является создание простой в изготовлении и имеющей малое гидравлическое сопротивление конструкции завихрителя потока текучей среды.The objective of the invention is to create a simple to manufacture and having low hydraulic resistance design of the swirl fluid flow.

Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является снижение себестоимости изготовления и повышение надежности работы завихрителя потока текучей среды.The technical result achieved by using the invention is to reduce the cost of manufacture and increase the reliability of the swirl fluid flow.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что двухлопастной завихритель потока текучей среды содержит установленные в трубе под углом к потоку текучей среды плоские лопатки, при этом он состоит из двух одинаковых лопаток, установленных в трубе с круглым поперечным сечением, каждая лопатка имеет профиль половинки эллипса, разрезанного вдоль большой его оси на две лопатки и полученного наклонным сечением трубы, выполненным под углом к оси трубы, равным углу наклона края лопатки, образованного большой осью эллипса к оси трубы при установке лопаток в трубе, причем угол наклона края лопаток, образованного большой осью эллипса, обратно симметричен оси трубы и равен от 5 до 85°.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the two-bladed swirl of the fluid flow contains flat blades installed in the pipe at an angle to the fluid flow, while it consists of two identical blades installed in a pipe with a circular cross section, each blade has a profile of half an ellipse cut along its major axis into two blades and obtained by an oblique pipe section made at an angle to the pipe axis equal to the angle of inclination of the edge of the blade formed by the major axis the ellipse to the axis of the pipe when installing the blades in the pipe, and the angle of inclination of the edge of the blades formed by the large axis of the ellipse is inversely symmetrical to the axis of the pipe and is from 5 to 85 °.

Двухлопастной завихритель потока текучей среды может быть снабжен разделительной пластиной, установленной на входе в завихритель между краями лопаток, образованными большой полуосью указанного выше эллипса.A two-bladed fluid flow swirl may be provided with a dividing plate mounted at the inlet of the swirl between the edges of the blades formed by the semimajor axis of the above ellipse.

В ходе проведенного анализа было выявлено большое количество различных типов завихрителей потока текучей среды, которые удовлетворяют различным требованиям. Однако, как отмечалось выше, завихрители с лопатками сложны в изготовлении, состоят из большого количества деталей, т.е. дороги. Шнековый завихритель состоит из одной детали, но труден в изготовлении, требует специального оборудования. Тангенциальный подвод текучей среды прост, но имеет большое сопротивление. От завихрителя требуется, в частности, чтобы он обеспечил необходимую интенсивность закрутки потока и требуемый определенный профиль скорости по радиусу при возможно небольшом гидравлическом сопротивлении, был прост в изготовлении, невелик по габаритам и надежен в работе. Под закруткой потока понимается отношение наибольшего по радиусу значения тангенциальной скорости к средней осевой скорости потока текучей среды.In the course of the analysis, a large number of different types of fluid flow swirls were identified that satisfy various requirements. However, as noted above, blade swirls are difficult to manufacture, they consist of a large number of parts, i.e. the roads. The screw swirl consists of one part, but is difficult to manufacture, requires special equipment. The tangential fluid supply is simple but has great resistance. The swirler is required, in particular, to provide the necessary flow swirl intensity and the required defined velocity profile along the radius with the smallest possible hydraulic resistance, was simple to manufacture, small in size and reliable in operation. By swirling the flow is meant the ratio of the largest radial tangential velocity to the average axial velocity of the fluid flow.

Описываемый завихритель потока текучей среды по существу состоит из двух деталей - лопаток, которые установлены в трубе круглого поперечного сечения. Это позволяет иметь небольшое гидравлическое сопротивление при возможности закрутки потока текучей среды в значительном диапазоне углов наклона лопаток к набегающему на них потоку текучей среды.The described fluid flow swirl essentially consists of two parts - blades, which are installed in a pipe of circular cross section. This allows you to have a small hydraulic resistance with the possibility of swirling the fluid flow in a significant range of angles of inclination of the blades to the incident flow of fluid.

Проведенное исследование показателей работы описываемого двухлопастного завихрителя потока текучей среды при помощи средств вычислительной гидродинамики показало, что он при угле наклона края лопатки α, образованного большой осью эллипса, описывающего линию сопряжения края лопаток с внутренней поверхностью трубы, в которой они установлены, равном 5-85°, обеспечивает закрутку потока с величиной тангенциальной составляющей скорости, равной 0,5-0,9 от средней осевой скорости при коэффициенте сопротивления ζ=1-2,5.A study of the performance of the described two-bladed fluid flow swirl using computational fluid dynamics showed that it is at an angle of inclination of the edge of the blade α formed by the major axis of the ellipse, which describes the line of contact between the edge of the blades and the inner surface of the pipe in which they are installed, equal to 5-85 °, provides a flow swirl with a tangential velocity component equal to 0.5-0.9 of the average axial velocity with a drag coefficient ζ = 1-2.5.

Показатели двухлопастного завихрителя потока текучей среды могут быть улучшены при добавлении на входе разделительной пластины, установленной между краями лопаток, образованными большой полуосью указанного выше эллипса. Коэффициент сопротивления при этом уменьшается на 20...25%, а закрутка (величина тангенциальной скорости) увеличивается примерно на 20%.The performance of a two-bladed fluid flow swirl can be improved by adding a separation plate at the inlet, mounted between the edges of the blades formed by the semi-major axis of the above ellipse. In this case, the drag coefficient decreases by 20 ... 25%, and the twist (tangential velocity value) increases by about 20%.

На фиг.1 показан общий вид в разрезе двухлопастного завихрителя потока текучей среды. На фиг.2 представлен продольный разрез завихрителя потока текучей среды, вид сбоку. На фиг.3 представлен продольный разрез завихрителя потока текучей среды, вид сверху. На фиг.4 показан общий вид в разрезе двухлопастного завихрителя потока текучей среды с разделительной пластиной. На фиг.5 представлен продольный разрез завихрителя потока текучей среды с разделительной пластиной, вид сбоку.Figure 1 shows a General view in section of a two-blade swirl fluid flow. Figure 2 shows a longitudinal section of a swirl of the fluid flow, side view. Figure 3 presents a longitudinal section of a swirl fluid flow, top view. Figure 4 shows a General view in section of a two-blade swirl fluid flow with a dividing plate. Figure 5 shows a longitudinal section of a swirl of the fluid flow with a separation plate, side view.

Двухлопастной завихритель потока текучей среды содержит установленные в трубе 1 под углом к потоку текучей среды две плоские лопатки 2. Лопатки 2 имеют одинаковую форму и установлены в трубе 1 с круглым поперечным сечением. Каждая лопатка 2 имеет профиль половинки эллипса, разрезанного вдоль большой его оси на две лопатки 2 и полученного наклонным сечением трубы 1, выполненным под углом α к оси трубы 1, равным углу α наклона края лопатки 2, образованного большой осью эллипса к оси трубы 1 при установке лопаток 2 в трубе 1. Угол наклона α края лопаток 2, образованного большой осью эллипса, обратно симметричен оси трубы 1 и равен от 5 до 85°.The two-bladed fluid flow swirl contains two flat vanes 2 installed in the pipe 1 at an angle to the fluid flow 2. The vanes 2 have the same shape and are installed in the pipe 1 with a circular cross section. Each blade 2 has a profile of the half of the ellipse, cut along its major axis into two blades 2 and obtained by an oblique section of the pipe 1, made at an angle α to the axis of the pipe 1, equal to the angle α of the slope of the edge of the blade 2, formed by the large axis of the ellipse to the axis of the pipe 1 when the installation of the blades 2 in the pipe 1. The angle of inclination α of the edge of the blades 2 formed by the major axis of the ellipse is inversely symmetrical to the axis of the pipe 1 and is equal to from 5 to 85 °.

При движении текучей среды, например жидкости, в трубе 1 часть ее из нижней половины через треугольное окно между лопатками 2 и трубой 1 поднимается вверх, другая - из верхней половины опускается вниз. В результате взаимодействия описанных выше частей потока с внутренней стенкой трубы возникает закрутка потока. Закрученный поток текучей среды истекает из завихрителя потока и подается по назначению потребителя. В процессе закрутки потоков интенсифицируются процессы смешения и теплообмена между средами, составляющими поток текучей среды.When a fluid, such as a liquid, moves in a pipe 1, part of it from the lower half rises upward through the triangular window between the blades 2 and pipe 1, the other falls downward from the upper half. As a result of the interaction of the above parts of the flow with the inner wall of the pipe, a swirl of the flow occurs. A swirling fluid stream flows out of the swirl flow and is supplied as intended by the consumer. In the process of swirling flows, the processes of mixing and heat transfer between the media that make up the fluid flow are intensified.

Настоящее изобретение может быть использовано в теплоэнергетике, теплотехнике, химической технологии, атомной технике и других отраслях техники, где требуется интенсификация процессов теплообмена и массообмена.The present invention can be used in heat power engineering, heat engineering, chemical technology, nuclear engineering and other branches of engineering, where intensification of heat transfer and mass transfer processes is required.

Claims

1. A two-bladed fluid flow swirl containing flat blades installed in a pipe at an angle to the fluid flow, characterized in that it consists of two identical blades mounted in a pipe with a circular cross section, each blade having a profile of half an ellipse cut along its major axis into two blades and obtained by an inclined section of the pipe, made at an angle to the axis of the pipe, equal to the angle of inclination of the edge of the blade, and the angle of inclination of the edge of the blades formed by the major axis of the ellipse is back si axis-symmetric tube and is from 5 to 85 °.

2. The two-bladed swirl of the fluid flow according to claim 1, characterized in that it is equipped with a separation plate installed at the inlet of the swirl between the edges of the blades formed by the semimajor axis of the above ellipse.