Tubes vortex. Schéma, description

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Tubes vortex. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Le fonctionnement du tube vortex est basé sur ce qu'on appelle. Effet Ranque-Hilsch (1933). Un tube vortex est un dispositif à dynamique gazeuse doté d'une entrée de gaz tangentielle, Fig. 2.3.1.

Tubes vortex
Fig.2.3.1. Schéma d'un tube vortex.

Comme on le sait, dans les écoulements tourbillonnants d'un gaz visqueux en présence d'un gradient de vitesse transversal, les surfaces de courant interagissent les unes avec les autres en raison de la présence de forces visqueuses tangentielles. Le travail dépensé pour vaincre ces forces est converti en chaleur. Dans ce cas, différents jets peuvent avoir différentes réserves d'énergie totale

La présence d'un gradient de température dans l'écoulement détermine l'échange thermique entre les couches de gaz. Cependant, une grande contribution à la redistribution de l’énergie totale appartient au mécanisme de transfert turbulent.

Le tube vortex est constitué d'un corps réalisé sous la forme d'un tuyau cylindrique ou diffuseur d'un diamètre de section initiale et longueur , situé tangentiellement par rapport au corps des buses d'entrée avec une surface de section transversale , diaphragmes avec diamètre de trou , située près de l'entrée de la buse, et une vanne de régulation conique à l'extrémité du boîtier opposée au diaphragme.

L'intensité de la séparation énergétique des gaz dans un tube vortex est généralement estimée à partir de la dépendance des températures excessives des gaz. и de la fraction du flux refroidi . Dans ce cas,

où - température de stagnation à l'entrée du tube vortex, respectivement à la sortie des flux refroidi et chaud ;

и - les débits massiques des flux de gaz initial et refroidi, respectivement.

Tubes vortex
Fig.2.3.2. La température du gaz à la sortie du VT.

Dépendances expérimentales typiques des quantités и sur le débit relatif du flux froid sont illustrés à la figure 2.3.2.(195).

Habituellement, chaque paire de courbes correspondent à certaines conditions de réalisation des expériences : le rapport des pressions de gaz à l'entrée du tube vortex et à la sortie du flux refroidi du diaphragme , température des gaz à l'entrée du tube vortex , zone sans dimension des buses d'entrée etc

L'effet de séparation énergétique du gaz est inextricablement lié à la restructuration du mouvement turbulent du vortex amorti et se produit dans une zone d'écoulement assez étendue, s'étendant de l'entrée de la buse jusqu'à une distance d'une à plusieurs dizaines de diamètres de tube vortex. Si la région est longue, les phénomènes qui s'y produisent ne seront pas déterminés par la structure détaillée de l'écoulement à l'entrée du tube vortex et devraient dépendre de variables caractérisant l'écoulement dans son ensemble. ceux. à partir de valeurs intégrales, telles que le débit massique du gaz entrant dans la conduite , flux de quantité de mouvement dans la direction de l'axe du tuyau , le flux d'énergie et le débit massique du gaz froid prélevé à travers l'ouverture du diaphragme . A ces caractéristiques intégrales, il faut ajouter une dimension caractéristique - le diamètre du tuyau .

Il est à noter que l'écoulement gazeux dans le tube vortex est un écoulement turbulent développé. On peut supposer que la turbulence excitée par les jets s'écoulant des buses d'entrée du tube vortex a un niveau élevé dépassant le niveau de turbulence générée dans la couche limite sur les parois du tube dans toute la région de séparation d'énergie.

La valeur de travail de la pression à l'entrée du tube vortex peut varier dans de larges limites ; selon les données disponibles, le tube vortex fonctionne de manière stable à une pression d'entrée totale de 0,5 à 0,7 MPa, des expériences sont connues avec le passage de gaz avec une pression allant jusqu'à 25 MPa à travers le VT. La température des flux chaud et froid dépend de la température initiale du gaz à l'entrée ; la figure donne une idée de l'écart de température dans les flux ; cette différence persiste généralement. Les pertes d'énergie dans le VT sont associées au frottement d'un flux de gaz à grande vitesse contre les parois.

Ainsi, un tube vortex est un outil très pratique pour obtenir des flux de gaz à haute température (+60, +800С) et basse température (-20, -400С), qui peuvent être utilisés à des fins de chauffage et de réfrigération.

À l'heure actuelle, la technologie vortex est largement introduite dans l'industrie : vannes de régulation vortex dans les systèmes de contrôle de poussée des moteurs de fusée, refroidisseurs vortex, systèmes de nettoyage vortex, déshydratation des gaz dans l'industrie du gaz, systèmes de traitement des gaz vortex pour les besoins de l'automatisation pneumatique et des gaz.

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