Вихревая труба Ранка - Хилша
У братьев Стругацких в "Пикнике на обочине" люди ходили в опасные и таинственные "зоны", где искали вещи, которые работали странным, необъяснимым образом. Одной из таких вещей была вихревая труба Ранка - Хилша, названная по именам двух сталкеров, которые ее впервые нашли. Трубка без каких-либо движущихся частей позволяла разделять поток сжатого газа на холодную и горячую части.
Шутка, конечно не было у Стругацких такой трубки. Зато это почти фантастическое устройство существует в реальности! Сходство с романом в том, что несмотря на производство и применение, точной теории и понимания как она работает до сих пор нет.
История открытия вихревого эффекта
Французский инженер-металлург Жорж Жозеф Ранк в 20-х годах прошлого века занимался изучением процессов очистки газов от примесей в циклонах. Ранк обнаружил, что при определенной подаче воздуха в цилиндрическую камеру поток самопроизвольно разделяется на горячий и холодный. Ранк пытается запатентовать свое устройство и делает в 1933 году доклад на заседании Французского физического общества. Доклад был высмеян учеными, т.к. по их мнению описанный принцип противоречил законам термодинамики. Несмотря на это Ранку удается в 1934 году получить патент в США, но судя по всему дальнейшие исследования инженер забросил.
Идею вернул к жизни немецкий физик Рудольф Хилш, уже после войны. В 1946 году Хилш публикует работу с исследованиями вихревой трубы, дает рекомендации по конструкции и убедительно доказывает работоспособность устройства. В мировой практике вихревая труба получает название "трубы Ранка - Хилша" в честь первооткрывателя и ученого, давшего устройству ход в жизнь.
Конструкция
Труба состоит из набора элементарных устройств:
- сопловой вход, через который сжатый газ подается в цилиндрическую трубу по касательной (тангенциально)
- вихревая камера
- диафрагма с отверстием, которая находится на холодном конце трубы
- конический клапан на горячем конце трубы.
Коническим клапаном регулируется соотношение горячего и холодного потоков, а так же температура холодного газа на выходе.
Принцип работы
Подаем сжатый газ (обычно воздух) под давлением 5-10 атм в вихревую камеру. Внутри гладкой трубы формируется интенсивный вращающийся поток, внутри которого таинственным образом возникает эффект температурного разделения. Подходя к коническому клапану поток не может выйти через него полностью, клапан пропускает только периферийную, горячую часть потока. Приосевая, холодная часть потока начинает двигаться в обратном направлении, к диафрагме. Таким образом внутри трубы возникают два соосных вихревых потока, вращающихся в одну сторону, но движущихся в разных направлениях. Разве это не фантастика?!
Эффективность
Если вы думаете, что эффект вихревой трубы носит микроскопические значения и регистрируется только сверхточными датчиками температуры, то сильно ошибаетесь! Реально работающая вихревая труба позволяет снизить температуру воздуха на 50-55 градусов и добиться порядка -40 градусов на холодном конце. Из преимуществ устройства можно отметить:
- отсутствие движущихся частей - надежность и долговечность
- легко перемещается
- компактность - может обеспечить охлаждение при отсутствии достаточного места для других устройств
- экологичная - не использует хладагенты
- горячий поток можно использовать полезно
- не требует подведения электрической энергии, только сжатый воздух - можно использовать во взрывоопасной среде.
При этом на практике КПД и холодильный коэффициент устройства получается небольшими, так же как и холодопроизводительность. Вихревые трубы не заменят большие холодильные машины, но отлично решают задачи локального охлаждения станков, нагруженных электронных компонентов, точечного охлаждения на рабочих местах.
