автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.13, диссертация на тему:Методика моделирования течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе

005012671

КАЛИМУЛЛИН Радик Рифкатович

МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ДВУХФАЗНОЙ ЖИДКОСТИ В ВИХРЕВОМ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЕ

Специальность 05.04.13 - Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

1 2 Ш?

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» на кафедре прикладной гидромеханики

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

ЦЕЛИЩЕВ Владимир Александрович,

заведующий кафедрой прикладной гидромеханики ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КРИВОШЕЕВ Игорь Александрович,

профессор кафедры «Авиационные двигатели» ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет»

кандидат физико-математических наук, доцент,

ХАРЧУК Сергей Иванович,

заведующий кафедрой теплоэнергетики и гидропневмоавтоматики ФГБОУ ВПО «Камская государственная инженерно-экономическая академия», г. Набережные Челны

Ведущая организация: ОАО «УАП «Гидравлика», г. Уфа

Защита диссертации состоится «15» марта 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000, Уфа, ул. К. Маркса, д. 12.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет».

Автореферат разослан «15» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного ^ /

доктор технических наук, профессор ф. Г. Бакиров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из направлений развития энергетического комплекса страны является создание высокоэффективных компактных энергоустановок, преобразующих с минимальными потерями энергию источников различных видов в тепловую энергию. При этом они должны соответствовать самым жестким требованиям к вредным выбросам в окружающую среду. Исследования показывают, что особые свойства закрученных течений имеют широкий диапазон технических приложений в энергетическом, теплообменном и технологическом оборудовании различных отраслях экономики. В частности, вихревые теплогенераторы используются в качестве как основных, так и резервных автономных систем отопления и горячего водоснабжения жилых, производственных и общественных зданий, а также в различных технологических процессах в сельском хозяйстве и нефтехимической промышленности.

Сложные тепловые и гидродинамические явления, происходящие в вихревых теплогенераторах в процессе преобразования энергии высоконапорного потока жидкости в тепловую энергию, освещены в трудах таких авторов, как А. Е. Акимов, 10. М. Ахметов, О. В. Байбаков,

A. И. Гуляев, В. Д. Дудышев, А. П. Меркулов, Р. И. Мустафаев, Н. И. Овчаренко, Ш. А. Пиралишвили, Ю. С. Потапов, Л. П. Фоминский,

B. А. Целищев, и т.д. Анализ литературы показывает, что по настоящее время общепринятой объективной теории, объясняющей повышение температуры жидкости в вихревом теплогенераторе (ВТГ), нет. У исследователей имеются разногласия, как по теоретическим положениям описания процессов течения жидкости, так и по оценке результатов экспериментальных исследований ВТГ. В известных ВТГ, конструкция «пассивных» схем которых была определена в трудах профессора А. П. Меркулова, а затем существенно продвинута на экспериментально-прикладном уровне работами профессора

C. Ю. Потапова, преобразование энергии в тепловую происходит за счет особенностей высоконапорного вихревого течения несжимаемой жидкости. Высоконапорный поток несжимаемой жидкости с однофазной начальной структурой за счет значительного повышения скорости конфузорностью канала и спирального изменения направления искривлением канала (по спирали Архимеда) приобретает крупномасштабную вихревую структуру. В условиях многомерного вихревого течения под действием массовых сил и изменения градиентов давления в потоке происходит непрерывное изменение структуры потока, что усложняет задачу выявления действующих закономерностей, как на аналитическом, так и на экспериментальном уровне.

Широкому распространению вихревых энергоустановок, являющихся средством экологически чистого способа преобразовании энергии, препятствует недостаточная изученность физических явлений, происходящих в них, закономерностей влияния конструктивных параметров теплогенератора на термодинамические характеристики потока жидкости. Решение многих проблем создания высокоэффективных ВТГ можно упростить применением численного моделирования течения потока

жидкости с последующей верификацией полученных моделей. В связи с тем, что сложная задача математического моделирования течения двухфазной жидкости в вихревых аппаратах в настоящее время не полностью решена и имеет большое практическое значение, тема диссертации является актуальной.

Основанием для проведения исследований явился грант Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», выполненный по теме «Разработка принципов высокоскоростного разложения водосодержащих жидкостей для получения безуглеродных видов топлива» в УНИЦ «Гидроппевавтоматика» ФГБОУ ВПО «УГАТУ».

Цель исследований: разработка методики моделирования гидродинамических процессов течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе.

Сформулированная цель и проведенный анализ нерешенных проблем по теме диссертации позволили определить следующие основные задачи исследования диссертационной работы:

1) провести анализ обобщенных характеристик вихревых теплогенераторов по интегральным характеристикам;

2) разработать математическую модель течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе;

3) провести численное моделирование течения двухфазной жидкости в вихревом аппарате с применением пакета прикладной программы;

4) провести экспериментальное исследование, идентификацию и верификацию математической модели течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе.

Методы исследований. Для решении поставленных задач использованы методы 3D CAD/CAE численного моделирования гидродинамических процессов, замыкаемых к-г моделью турбулентности, комплексно-системного подхода к исследованию гидравлических машин, теории принятия решений, планирования эксперимента, верификации математических моделей на основе результатов экспериментальных исследований.

Достоверность и обоснованность результатов исследований подтверждается полнотой и обстоятельностью анализа процессов в вихревой энергоустановке и математических моделей их описания; корректным применением основополагающих законов гидродинамики; корректностью выбора исходных допущений и ограничений при математическом моделировании течения жидкости в вихревом теплогенераторе; адекватностью разработанной математической- модели процессам, протекающим в исследуемом объекте; применением апробированного научно-методического аппарата математического моделирования в гидродинамических системах; использованием средств измерений, прошедших поверку и калибровку и обеспечивающих удовлетворяющих

поставленным задачам точность измерений; верификацией результатов расчетов по разработанной модели с экспериментальными данными.

Научная новизна результатов:

1) впервые составлена математическая модель течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе с учетом эффекта кавитации и поэлементного нагрева жидкости, позволяющая на этапе расчетно-проектных работ получить визуализированные картины изменений основных параметров и характер протекания процессов;

2) сформирована критериальная база в виде комплекса уравнений, определяющих относительные геометрические параметры проточного тракта, кинематические, динамические и тепловые характеристики процессов течения рабочей жидкости, позволяющая аналитически описать работу вихревой установки;

3) показано наличие положительной обратной связи в вихревом теплогенераторе, который ускоряет процесс нарастания температуры рабочей жидкости;

4) разработана методика моделирования течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе в одномерной и многомерной постановке решения, с учетом необходимых итерационных операций верификации и определением основных параметров процесса для формирования исходных данных по разработке конструкторской документации.

Практическая ценность работы

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика позволяет проводить расчетные работы при проектировании вихревых теплогенераторов и сократить затраты на проведение расчетных, проектных работ и экспериментальных исследований.

Результаты исследований внедрены в:

1) ОАО «УАП «Гидравлика» при разработке перспективных схем и конструкций энергетических установок;

2) ОАО «Институт технологии и организации производства» при проектировании вихревых теплогенераторов;

3) ФГБОУ ВПО «Уфимский государствегшый авиационный технический университет» в виде конспекта лекции в рамках учебно-образовательного курса «Нестационарные газодинамические эффекты в системах гидравлических и пневматических приводов».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на следующих международных и российских конференциях: всероссийская НТК «Динамика машин и рабочих процессов» (Челябинск, ЮжУРГУ, 2009); всероссийская молодежная НК «Мавлютовские чтения» (Уфа, УГАТУ, 2008-2010 гг.); всероссийская зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых «Участник молодежного научно-инновационного конкурса «У.М.Н.И.К» (Уфа, 2009-2010 гг.); Х1П международная НК посвященная 50-летию Сиб. гос. аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева (Красноярск, 2009); третья

всероссийская молодежная НТК «Вакуумная и компрессорная техника и пневмоагрегаты» (Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации представлены в 15 публикациях с объемом 14 п.л., в том числе в двух статьях в издании, рекомендованном ВАК, патенте РФ № 2431883. 1

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы из 79 наименований, содержит 155 страниц текста, в том числе 34 рисунков, 23 таблиц, В приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

. Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы научная проблема, цель, задачи исследования, научная новизна, практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту, структура и краткое содержание работ по главам.

В первой главе дается анализ гипотез вихревого преобразования энергии, анализ конструктивно-компоновочных особенностей вихревых аппаратов, а также моделей преобразования энергии в жидкостных вихревых теплогенераторах (ВТГ).

Во всем многообразии конструкторских решений можно выделить три существенно отличающиеся между собой разновидности теплогенераторов: активные, пассивные аксиальные, пассивные тангенциальные.

Предметом исследования в настоящей работе является гидродинамические процессы течения рабочей жидкости в пассивных схемах вихревых теплогенераторов, что, до настоящего времени, практически не рассматривалось.

Нагрев теплоносителя осуществляется за счет следующих эффектов: преобразование электрической энергии питания электропривода насоса в потенциальную энергию давления рабочей жидкости с увеличением ее температуры, а также преобразования потенциальной энергии в тепловую в гидродинамических процессах организованного высокопотенциального вихревого течения с рекомбинацией тепловых потоков за счет введения положительных обратных связей по расходу рабочей жидкости, и использование дроссель-эффекта при течении рабочей жидкости.

Пассивный гидродинамический теплогенератор с тангенциальным вводом потока жидкости является модификацией известной газовой вихревой трубы, основанной на эффекте Ранка-Хильша и предназначенной для организации процесса температурной стратификации газового потока. В данной работе исследованы процессы, происходящие в подобной вихревой трубе при использовании в качестве рабочей жидкости воды.

При анализе различных типов ВТГ рассматривались наиболее характерные относительные показатели, связывающие геометрические характеристики теплогенераторов с основными тепловыми процессами,

1 Автор выражает глубокую благодарность к.т.н., доценту Ахметову Ю.М. за консультации, ценные замечания и поддержку, оказанную в ходе выполнения работы.

происходящими в них. В качестве сравнительных относительных показателей, в частности, рассматривались нижеприведенные показатели:

1) коэффициент преобразования энергии, определяемый как отношение количества выделенной тепловой энергии к затрачиваемой мощности электродвигателя привода насоса N. Этот коэффициент интегрально характеризует эффективность процесса преобразования энергии в теплогенераторе;

2) удельные затраты мощности на единицу расхода рабочего тела, определяемые как отношение затрачиваемой энергии N к расходу воды С, то есть затрачиваемая мощность на 1 м3/час расхода воды;

3) показатель влияния скоростного режима на коэффициент преобразования энергии, рассчитываемый как отношение коэффициента преобразования энергии к скорости течения рабочей жидкости.

Критериальные показатели позволяют определить влияние отдельных факторов на эффективность работы ВТГ, провести сравнительную оценку теплогенераторов различного конструктивного исполнения. В качестве основного характерного фактора выбран показатель среднемассового скоростного режима течения жидкости в трубе, так как различные модификации ВТГ имеют различные скорости потока. Следует отметить, что наибольшую скорость потока имеет теплогенератор с двухсопловьтм подводом рабочей жидкости при сохранении диаметра вихревой трубы.

Анализ полученных результатов, позволяет сделать вывод о том, что с увеличением скорости потока увеличивается эффективность ВТГ, то есть количество выделенной тепловой энергии, полученной с единицы затраченной мощности.

Вторая глава посвящена разработке математической модели течения двухфазной жидкости в ВТГ. Проведен анализ течения жидкости в ВТГ, проточный тракт которого условно разделен на пять участков (рисунок 1): конфузор, улитка (камера завихрения), участок трубы от улитки до крестовины (вихревая камера), тормозное устройство, байпасная линия.

Рисунок 1 - Твердотельная модель вихревой трубы

Математическая модель вихревого движения и нагрева жидкости в ВТГ включает: уравнение движения вязкой несжимаемой жидкости, уравнение

неразрывности, уравнение баланса полной энергии, модель турбулентности к-е, модель кавитационного массопереноса.

Для двухфазного потока уравнение неразрывности имеет вид:

где га - объемная доля жидкости; гр- объемная доля пара; ра-плотность жидкости, кг/м; рр - плотность пара, кг/м3; Г-источник или сток массы, кг/м3с.

При этом для замыкания системы выдерживаются соотношения:

^=1. (2) ГРа-ГаР=0. (3)

Уравнение межфазного массопереноса при парообразовании:

«Ь.-^^--^—~—,р<рт (4)

где г„ис - объемная концентрация центра зародышеобразования, Кв - радиус пузырька, Ртр - кавитационный коэффициент парообразования, Рт - давление насыщенных паров, р - относительное давление в потоке. Уравнение межфазного массопереноса при конденсации:

■ р. З'УРр 12 1Р„-Р1 ... --» '¿Г «—!> Р>Рнп (5)

Кв V3 Р.

где РсопЛ - кавитационный коэффициент конденсации. Уравнение импульсов имеет вид:

+ V. (г„р,у ® V) = -Г.4ра + V. + <)]- Го(5у

где Чр — градиент нормальных давлений; Ух-градиент касательных напряжений.

Вязкость рассчитывается по уравнению:

Д = + (7)

Значение турбулентной вязкости ц, рассчитывается по модели турбулентности. При расчёте кавитации выбор модели турбулентности является наиболее сложным. Для расчёта кавитации в местных гидравлических сопротивлениях наиболее приемлема модель к-е, основанная на гипотезе Буссинеска. Турбулентная вязкость в модели к-с рассчитывается через турбулентную кинетическую энергию к и скорости её диссипации е

где Ср - эмпирический коэффициент равный 0,09.

Турбулентная кинетическая энергия и скорость диссипации рассчитываются по соотношениям

а.

дг

а

(9)

' Рг'

>)

+0,, (10)

где С„ =1,44, Се2 =1,92, а, =1,ст, =1,22.

Уравнение баланса полной энергии

ФлО _ Ф ат , 4*,-"',)•»,]. а Г а г'+~~й--г'--аг'+л'й;+—--

где Ир - энтальпия,Я,, - коэффициент теплопроводности, Тр - температура, ц; - турбулентная вихревая вязкость, Рг' - турбулентное число Прандтля, 2р - межфазная теплоперенос, р = а, В. Удельное количество энергии

(11)

где сг. = 0,9; Ср - удельная теплоемкость при постоянном давлении, Г-температура текучей среды, ц, -коэффициент динамической вязкости, к — индекс участка местного сопротивления. Нагрев рабочей жидкости в насосе

/ \ V 1-Т]

А'н-'вых 'вх~(Рвых Рах)'

(12)

где ¿вых и /вх - соответственно температура на входе и выходе насоса; V - удельный объем жидкости, ртх и рпх - давление на входе и выходе насоса соответственно; Д - коэффициент Джоуля-Томсона, определяемый по формуле

А=~-0-/вх'-Р,). (13)

где В, - коэффициент температурного расширения жидкости. Нагрев рабочей жидкости по участкам ВТГ

(М)

-Рем

где Арк- перепад давления на элементе; рсм - плотность смеси, Ккав - эмпирический коэффициент.

Плотность смеси с учетом концентрации и объемов каждой фазы:

к-1

где кр - коэффициент растворимости газов в жидкости, Кр-объем газовой фазы, Уа — объем жидкости.

Давление с учетом концентрации каждой фазы:

РШ)=----Л/, (16)

та

где Вр - коэффициент сжимаемости жидкости, т„~ масса жидкости; — масса газа;

Объем выделившегося газа:

Суммарный нагрев в вихревом теплогенераторе:

" II II Л Г) "

Л'вТГ = 1>гс + 2>н = АВ + 1>вых -РвхУ

1 1 I 1

(18)

где п - число циклов прохождения рабочей жидкости через ВТГ.

На основе физико-математической модели вихревого эффекта и критериальной базы, предложенной А. А. Фузеевой для газовой вихревой трубы, разработана критериальная база процесса повышения температуры в гидравлической вихревой трубы. Рассмотрено геометрическое, кинематическое, динамическое и тепловое подобия.

В результате приведения в безразмерный вид системы уравнений представленной математической модели и геометрических характеристик вихревых труб подобие предлагается описывать приведенной ниже системой показателей.

Геометрические:

/, =-£— отношение площади проходного сечения тормозного устройства

71 ■ о л

к площади вихревой камеры, характеризующее степень сжатия потока; /„ =~—отношение длины вихревои камеры к ее диаметру,

"иI

характеризующее размер зоны устойчивого вихря до спрямления потока и

его торможения; /4 = .- отношение диаметра байпасной линии к диаметру "л

вихревой камеры, характеризующее параметры обратной связи по температуре и параметры потока в вихревой камере; кинематические:

Ей = —- число Эйлера; БЬ = — - число Струхаля; Рг = - число Р-« I

— и,

Фруда, и, = — = - ^ - отношение радиальнои составляющей скорости к средней скорости во входном сечении конфузора;

иф= — = —---отношение окружной составляющей скорости к средней

Сл

скорости во входном сечении конфузора; -отношение осевой

«I в,

составляющей скорости к средней скорости во входном сечении конфузора; динамические: 0„

м* -отношение расхода потока через байпас к входному расходу; 0„

= — - отношение расхода потока после тормозного устройства к 4-0

входному расходу; Пе =—^--отношение силы инерции к силе вязкости то,*/,

(число Рейнольдса); тепловые:

число Прандтля; Яо = - число Росби, № = - число

а. £■_/ р

1 г

Ньютона, № = 0,023 • Яе5 • Рг" - число Нуссельта, ©т = -X _ отношение

температуры на выходе теплогенератора к температуре на входе.

Температурную эффективность ВТГ можно выразить через перечисленные выше параметры: л, = /(/,,/,,/„Кг, Ке, Ей,БЬ, Рг, Ло, №. Ыи, в,).

Таким образом, система критериев для численного моделирования процессов вихревых течений жидкости в теплогенераторе позволяет устанавливать требования, которые следует предъявлять к лабораторной модели и проведению на ней исследуемого процесса, для того, чтобы результаты моделирования могли быть использованы для проектирования реальных объектов.

В третьей главе приводятся результаты численного моделирования гидродинамических процессов, происходящих в ВТГ. Для моделирования выбрана цилиндрическая вихревая труба, представленная на рисунке 2.

Расчет по предложенной во второй главе математической модели производился в программном комплексе А туз СРХ, сочетающем уникальные возможности анализа гидрогазодинамических процессов, многофазных потоков и многих других. Дискретизация по пространству осуществлена построением в расчетной области сетки, состоящей из 4,8 млн. ячеек. Сетка имеет плотное расположение ячеек в наиболее интересных для изучения участках теплогенератора.

Граничные условия: процесс адиабатический

1г 2 г 0,3 ■£)

Начальные условия:

Расчетная область Параметр Значение СИ

Вход Г| Давление статическое 6,74-105 Па

Температура статическая 24,8 "С

Степень турбулизации 5% -

Концентрация жидкой фазы 1 -

Концентрация газовой фазы 0 -

Направление потока Нормально к поверхности -

Выход Г2 Давление статическое 3,87-Ю5 Па

Направление потока Нормально к поверхности -

Стенка Условие адиабатичности Да -

Тип стенки Без скольжения -

Тип жидкости Вода -

По результатам численного моделирования установлено, что распределение статического давления в ВТГ показывает неравномерное поле. Установлено, что в центре основной трубы давление значительно ниже, чем на периферии (рисунок 2, 3).

Давление, Па*105 ™ 3,78 ■ 105 Па Р, = 4,60 ■ 105 Па Рг = 6,74 ■ 105 Па

Рэ = 3,81 ■ 105 /7а Рз = 4,40 ■ 105 Г7з

Рт = 4 ,10 -10 5 Па Рэ = 3,95 ■ 105 Па

рэ = 6,74-105 Па

Рисунок 2 - Изменение полного давления по тракту теплогенератора

р- 10-\Па 8

козфузор

камера завихрения

---- г-----

■Ц т» г;. ».

1 ] ; !

1

| |

! ! 1 2 1 вя?февал ! камера з б 4 гшпас 1 ' 31 ! . ! к }( хревдя{ амера |

тормозное ч устройство

камера \ у зазнхренняЧ

тормозное устройство

Скорость, м/с

Рисунок 3 - График изменения полного давления пи тракту теплогенератора

Установлено, что в вихревой трубе абсолютная скорость течения жидкости в периферийной области превышает скорость центрального течения в 1,5 раза (рисунок 4).

Таким образом, существует некая граница двух вихревых потоков жидкости с различными характеристиками течения, которые непосредственно

взаимодействуют. Дальнейшее движение жидкости по тракту

Рисунок 4 - Изменение абсолютной скорое™ П0КаЗЫВаеТ выравнивание

по тракту теплогенератора статического давления.

Давление| ( |

Рисунок 5 - График изменения температуры по тракт}' теплогенератора

При прохождении жидкости в ВТГ за один цикл разность температур между входной точкой и точкой на выходе из теплогенератора составила О, ГС (рисунок 5).

Направление движение жидкости в ВТГ является значимым. При проведении численного моделирования установлено, что существует

положительная обратная связь, так как жидкость, нагреваясь, проходит через байпас и втекает в улитку, тем самым подогревая следующую порцию

жидкости (рисунок 6).

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований, их обобщение и разработанная методика моделирования течения двухфазной жидкости в ВТГ. Предложенная методика моделирования течения двухфазной жидкости представлена в виде блок-схемы на рисунке 7.

На первом этапе моделирования проводится разработка структурной и конструктивной схем ВТГ, твердотельной модели для последующего численного моделирования. Подбираются начальные, граничные условия, физические параметры рабочей среды по аналитическим уравнениям.

На втором этапе провидится физическое моделирование на экспериментальном образце по методике проведения экспериментальных исследований с последующей верификацией результатов с математической моделью.

Рисунок 6 - Направление движения жидкости вдоль тракта теплогенератора

Рисунок 7 - Методика моделирования течения двухфазной жидкости в вихревом

теплогенераторе

Методика содержит математическую модель течения двухфазной жидкости, методику проведения численного моделирования, методику проведения физического моделирования, методику верификации результатов численного

моделирования на основе результатов экспериментального исследования.

Все представленные экспериментальные исследования жидкостного вихревого теплогенератора проводились по программе испытания на основе разработанной методики проведения экспериментальных исследований на уникальном автоматизированном стенде УНИЦ «Гидропневмоавтоматика» «Гидродинамическое моделирование высокоскоростного многофазного течения жидкости» (рисунок 8). Стенд предназначен для проведения фундаментальных и прикладных исследований, научно-технических и учебно-лабораторных работ по изучению ^«ГГ процессов течения высоконапорных

гидродинамических течений несжимаемой жидкости однофазной и многофазной структуры, а также вихревых и кавитационных испытаний центробежных насосов.

По результатам экспериментальных исследований построены гидравлические характеристики ВТГ. При работе ВТГ наблюдается рост температуры рабочей жидкости, что вызывает нарастание давления внутри замкнутого объема. При этом характер нарастания давления показывает, что р. па чо1 г, "с в объеме ВТГ

Рисунок 9-График изменения давление жидкости по тракту вихревого теплогенератора.

Р1 -давление жидкости на входе в улитку; Р2-давление жидкости по тракту вихревой трубы; РЗ - давление жидкости по тракту вихревой трубы до крестовины; Р4-давление жидкости после крестовины; Р5-давление жидкости на нхоле в нясос

содержатся как жидкая, так и газовая фаза, которая возникает в результате газовыделения.

Зависимость изменения давления по тракту вихревого

теплогенератора имеет «пилообразный» характер (рисунок 9). Данный эффект

объясняется тем, что в определённый момент времени происходит интенсивное выделение

растворенной газовой фазы.

Как показывает анализ результатов, в ходе испытаний температура жидкости

линейно возрастала: за промежуток времени 630 сек. рабочая жидкость нагрелась до 85°С (рисунок 9), т.е. средний темп повышения температуры

(^Е*=0,1ГС/с). di

В ходе исследований гидродинамических характеристик проведен

сравнительный анализ

результатов численного

моделирования и экспериментальных исследований.

В процессе проведения верификации математической модели (рисунок 10) поэлементно уточнены степени повышения температуры рабочей жидкости в каждом местном гидросопротивлении по степени снижения давления и запасов относительного давления насыщенных паров (т.е. возможное влияние кавитационных явлений, вызывающих локальное повышение температуры). Тогда, наряду с влиянием локальных зон на общий уровень температур рабочей жидкости в суммарном проявлении, может быть представлена интегральная форма влияния кавитационных явлений на общее значение температуры. Решение задачи верификации может быть сведено к введению общего коэффициента по входным и выходным параметрам (без поэлементной детализации) и представлено в виде зависимости ^кав=0,39 (Т-273)0'34.

Анализ результатов численного моделирования и результатов экспериментальных исследований позволил получить верифицированную математическую модель течения жидкости в ВТГ с удовлетворительной сходимостью, что позволяет рекомендовать разработанную методику для практического использования в исследованиях и при разработке ВТГ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ обобщенных характеристик отечественных теплогенераторов по интегральным выходным параметрам эффективности преобразования затраченной энергии в тепловую, практически реализованную в системах отопления. lía основании статистической обработки данных установлено, что наиболее значимым фактором, влияющим на эффективность преобразования энергии, является скорость потока жидкости в теплогенераторах. Данный фактор может служить оценочным критерием эффективности процесса.

2. Разработана и решена в пакете Ansys CFX система уравнений математической модели процесса в вихревом теплогенераторе в трехмерной

то :оо т «о

-i— 500 605 700 £00

Рисунок 10 - Результат сопоставления экспериментальных данных с результатами численного моделирования после введения коэффициента нагрева от кавитации

постановке, с использованием стандартной к-е модели турбулентности и уравнения нагрева жидкости. Результаты моделирования показали наличие поля температур, подтверждающее возможность межфазного теплообмена и возникновения навигационных эффектов как условия нагрева жидкости.

3. Проведены экспериментальные исследования процессов высоконапорных вихревых течений на натурном стевде и идентификация математической модели, на основании которой, с учетом результатов численного моделирования, проведена верификация математической модели. В процессе проведения натурного эксперимента обнаружено выделение газовой фазы в объеме 4 6%, что вызвано эффектом кавитации.

4. Разработана методика моделирования двухфазных течений жидкости в вихревом теплогенераторе, которая рекомендуется для проектных и поверочных расчетов при проектировании.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендованных в ВАК:

1. Численное и физическое моделирование течения жидкости в вихревом теплогенераторе / Ю. М. Ахметов, Р. Р. Калимуллин, В. А. Целищев // Вестник УГАТУ: Научный журнал УГАТУ / УГАТУ. - Уфа-РИК УГАТУ, 2010 Т. 14, №4 (39). С. 42-49.

2. Экспериментальные исследования вихревого течения жидкости в теплогенераторе / Ю. М. Ахметов, Р. Р. Калимуллин, Р. Ф. Хакимов, В. А. Целищев // Вестник УГАТУ: Научный журнал УГАТУ / УГАТУ. - Уфа-РИК УГАТУ, 2011 Т. 15, №4 (44). С. 169-174.

В других изданиях:

3. Жидкостный вихревой теплогенератор / Р. Р. Калимуллин, Д. А. Нестеренко // Актуальные проблемы науки и техники: Сборник научных трудов четвертой всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых. Т. 2 - Уфа: УГАТУ 2009. С. 189-193.

4. Кавитация в вихревых теплогенераторах / Р. Р. Калимуллин, Д. А. Нестеренко // Мавлютовские чтения: Сборник трудов всероссийской молодежной научной конференции - Уфа: УГАТУ, 2009. С. 83-84

5. Моделирование течения жидкости в вихревом теплогенераторе / Р. Р. Калимуллин, Ю. М. Ахметов // Динамика машин и рабочих процессов: сб. трудов всероссийской НТК, посвященной 50-летию кафедры «Гидравлика и гидропневмосистемы» - Челябинск: ЮУрГУ 2009. С 8-10.

6. Альтернативные системы преобразования энергии / Р. Р. Калимуллин // Решетневские чтения: Сб. трудов международной научной конференции - Красноярск: СибГАУ. - 4.2,2009 С.625-626

7. Численное и физическое моделирование вихревого течения жидкости / Ю.М. Ахметов, Р. Р. Калимуллин, Д. А. Нестеренко, В. А. Целищев // Наука-Производству: научно-технической сб. трудов выпуск 5 - Уфа: АН РБ, Гилем, 2010. С.142-156.

8. Ресурсосберегающая система подогрева природного газа / Р. Р. Калимуллин, Ю. М. Ахметов, С. В. Старочкина, В. А. Целищев // Наука-

Производству: научно-технической сб. трудов выпуск 5 - Уфа: АН РБ, Гилем, 2010. С.164-170.

9. Комплексный стенд гидродинамического моделирования высокоскоростного многофазного течения жидкостей / Р. Р. Калимуллин, Р. Ф. Хакимов // Вакуумная и компрессорная техника и гшевмоагрегаты: третья всероссийская молодежная научно-практическая конференция: Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2010. С.127-128.

10. Исследование гидродинамических и термодинамических процессов течения жидкости в пассивном теплогенераторе / Р. Р. Калимуллин, Р. Ф. Хакимов // Вакуумная и компрессорная техника и пневмоагрегаты: третья всероссийская молодежная научно-практическая конференция Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2010. С.134-135.

11. Исследование особенностей течения жидкости в вихревом теплогенераторе / Р. Р. Калимуллин, В. А. Целищев // Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика. Современное состояние и перспективы развития: международная НТК Санкт-Петербург, 2010. С. 203-

12. Численное моделирование термодинамических процессов течения жидкости в тепловых генераторах с вихревой трубой / Р. Р. Калимуллин, Г. Э. Бикбулатова // Мавлютовские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция: сб. тр. в 5 т. / УГАТУ - Уфа: УГАТУ, 2010. Т.1, С 103104.

13. Ресурсосберегающие технологии подогрева производственных помещений на основе вихревого теплогенератора / Р. Р. Калимуллин, Ю. М. Ахметов, А. С. Первушин, Р. Ф. Хакимов // Инновации, экология и ресурсосберегающие технологии на предприятиях машиностроения, авиастроения, транспорта и сельского хозяйства: Девятая международная научно-техническая конференция: Растов-на-Дону. 2010. С 50-57.

14. Исследование процессов течения жидкости в пассивных вихревых теплогенераторах с использованием методов численного моделирования и идентификации / Р. Р. Калимуллин // Актуальные проблемы науки и техники: сб. трудов 5-й всероссийской зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых-Уфа: УГАТУ, 2011, Т.4., С 145-148.

15. Особенности процессов течения рабочей жидкости в вихревом теплогенераторе / Р. Р. Калимуллин, Г. Э. Бикбулатова, Р. Ф. Хакимов // «Мавлютовские чтения»: сб. трудов Российской НТК - Уфа: УГАТУ, 2011. Т.4., СЗЗ-Зб.

206.

Диссертант

КАЛИМУЛЛИН Радик Рифкатович

МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ДВУХФАЗНОЙ ЖИДКОСТИ В ВИХРЕВОМ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЕ

Специальность 05.04.13 - Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 15.02.2012 г. Формат 60*84 1/16 Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 575

ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12

61 12-5/3477

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный технический университет»

КАЛИМУЛЛИН Радик Рифкатович

МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ДВУХФАЗНОЙ ЖИДКОСТИ В ВИХРЕВОМ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЕ

Специальность 05.04.13 - «Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., профессор В. А. Целищев

Уфа-2012

Оглавление

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ.....................................................................4

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ ....................................................................5

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................7

Глава!. АНАЛИЗ РАЗРАБОТОК И ИССЛЕДОВАНИЙ ВИХРЕВЫХ ЖИДКОСТНЫХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОВ.................................. 13

1.1. Обзор научных трудов, посвященных вихревым теплогенераторам.................................................................................................................................................13

1.2. Классификация теплогенераторов................................................. 20

1.3. Анализ эффективности вихревых теплогенераторов................... 24

1.4. Особенности гидродинамических процессов вихревого движения высоконапорных потоков жидкости в вихревых аппаратах. Постановка задач исследования...................................................................... 31

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ВИХРЕВЫХ АППАРАТАХ ..............................................................................................35

2.1. Методы исследования вихревого движения жидкости

в вихревом теплогенераторе ............................................................................ 35

2.2. Модель течения двухфазной жидкости в вихревых аппаратах.. 50

2.3. Критериальная база процессов течения жидкости в замкнутом контуре вихревого теплогенератора................................................................ 71

2.4. Методика поэлементного аналитического расчета нагрева жидкости в вихревом теплогенераторе..........................................................................................74

2.5. Обобщенная модель нагрева жидкости в вихревом теплогенераторе.................................................................................................................92

Глава 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ВИХРЕВОМ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЕ .....................................................95

3.1. Методика численного моделирования течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе........................................................... 95

3.2. Анализ результатов численного моделирования....................... 106

3.3. Анализ влияния положительной обратной связи на нагрев

рабочей жидкости в вихревом теплогенераторе.......................................... 113

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В ВИХРЕВОМ ТЕПЛОГЕНЕРТОРЕ ........................................ 117

4.1. Стенд испытания вихревого теплогенератора............................ 117

4.2. Экспериментальные исследования течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе.....................................................................122

4.3. Анализ результатов экспериментальных исследований ...........128

4.4. Разработка многофункционального стенда «Гидродинамическое моделирование высокоскоростного многофазного течения жидкости........................................................................................... 134

4.5. Методика моделирования течения двухфазной жидкости

в вихревом теплогенераторе ..........................................................................144

Основные результаты и выводы..............................................................148

Список литературы................................................................................... 149

Приложения............................................................................................... 156

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ВТГ - вихревой теплогенератор У НИЦ - учебный научно-исследовательский центр КПЭ - коэффициент преобразования энергии НТК - научно-техническая конференция

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ

I - температура, °С

(7 - объемный расход жидкости g - ускорение свободного падения N — мощность электрическая р - давление

- тепловая энергия р - плотность

V — объем рабочей жидкости

¥см - объем жидкости, в которой присутствует растворенный воздух

V - коэффициент кинематической вязкости

¡3, - коэффициент температурного расширения

- коэффициент объемного сжатия С - удельная теплоемкость воды

Са - число кавитации

/?в - радиус пузырька

рнп - давление насыщенных паров

¥чар - кавитационный коэффициент парообразования

Рсопс! - кавитационный коэффициент конденсации

Ей - критерий Эйлера

Ни - критерий Нуссельта

Рг - критерий Фруда

Ыо - критерий Россби

81 - число Стокса

II - характерная скорость потока / - ускорение Кориолиса

¥г - объем растворенного газа в жидкости к - коэффициент растворимости (коэффициент Генри) р.т - атмосферное давление

ВВЕДЕНИЕ

Одним из направлений развития энергетического комплекса страны является создание высокоэффективных компактных энергоустановок, преобразующих с минимальными потерями энергию источников различных видов в тепловую энергию. При этом они должны соответствовать самым жестким требованиям к вредным выбросам в окружающую среду. Исследования показывают, что особые свойства закрученных течений имеют широкий диапазон технических приложений в энергетическом, теплообменном и технологическом оборудовании различных отраслях экономики. В частности, вихревые теплогенераторы используются в качестве как основных, так и резервных автономных систем отопления и горячего водоснабжения жилых, производственных и общественных зданий, а также в различных технологических процессах в сельском хозяйстве и нефтехимической промышленности.

Сложные тепловые и гидродинамические явления, происходящие в вихревых теплогенераторах в процессе преобразования энергии высоконапорного потока жидкости в тепловую энергию, освещены в трудах таких авторов, как А. Е. Акимов, Ю. М. Ахметов, О. В. Байбаков,

A. И. Гуляев, В. Д. Дудышев, А. П. Меркулов, Р. И. Мустафаев, Н. И. Овчаренко, Ш. А. Пиралишвили, Ю. С. Потапов, Л. П. Фоминский,

B. А. Целищев, и т.д. Анализ литературы показывает, что по настоящее время общепринятой объективной теории, объясняющей повышение температуры жидкости в вихревом теплогенераторе (ВТГ), нет. У исследователей имеются разногласия, как по теоретическим положениям описания процессов течения жидкости, так и по оценке результатов экспериментальных исследований ВТГ. В известных ВТГ, конструкция «пассивных» схем которых была определена в трудах профессора А. П. Меркулова, а затем существенно продвинута на экспериментально-прикладном уровне работами профессора

С. Ю. Потапова, преобразование энергии в тепловую происходит за счет особенностей высоконапорного вихревого течения несжимаемой жидкости. Высоконапорный поток несжимаемой жидкости с однофазной начальной структурой за счет значительного повышения скорости конфузорностью канала и спирального изменения направления искривлением канала (по спирали Архимеда) приобретает крупномасштабную вихревую структуру. В условиях многомерного вихревого течения под действием массовых сил и изменения градиентов давления в потоке происходит непрерывное изменение структуры потока, что усложняет задачу выявления действующих закономерностей, как на аналитическом, так и на экспериментальном уровне.

Широкому распространению вихревых энергоустановок, являющихся средством экологически чистого способа преобразования энергии, препятствует недостаточная изученность физических явлений, происходящих в них, закономерностей влияния конструктивных параметров теплогенератора на термодинамические характеристики потока жидкости. Решение многих проблем создания высокоэффективных ВТГ можно упростить применением численного моделирования течения потока жидкости с последующей верификацией полученных моделей. В связи с тем, что сложная задача математического моделирования течения двухфазной жидкости в вихревых аппаратах в настоящее время не полностью решена и имеет большое практическое значение.

Основанием для проведения исследований явился грант Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», выполненный по теме «Разработка принципов высокоскоростного разложения водосодержащих жидкостей для получения безуглеродных видов топлива» в УНИЦ «Гидропневмоавтоматика» ФГБОУ ВПО «УГАТУ».

Анализ проблемы позволил сформировать цели и задачи.

Цель исследования. Разработка методики моделирования гидродинамических процессов течения двухфазной жидкости в вихревых аппаратах.

Сформулированная цель и проведенный анализ нерешенных проблем по теме позволили определить следующие основные задачи исследования диссертационной работы:

1) провести анализ обобщенных характеристик вихревых теплогенераторов по интегральным характеристикам;

2) разработать математическую модель течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе;

3) провести численное моделирование течения двухфазной жидкости в вихревом аппарате с применением пакета прикладной программы;

4) провести экспериментальное исследование, идентификацию и верификацию математической модели течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы 3D CAD/CAE численного моделирования гидродинамических процессов, замыкаемых к-е моделью турбулентности, комплексно-системного подхода к исследованию гидравлических машин, теории принятия решений, планирования эксперимента, верификации математических моделей на основе результатов экспериментальных исследований.

Достоверность и обоснованность результатов исследований

подтверждается полнотой и обдуманностью анализа процессов в вихревой энергоустановке и математических моделей их описания; корректным применением основополагающих законов гидродинамики; корректностью выбора исходных допущений и ограничений при математическом моделировании течения жидкости в вихревом теплогенераторе; адекватностью разработанной математической модели процессам,

протекающим в исследуемом объекте; применением апробированного научно-методического аппарата математического моделирования в гидродинамических системах; использованием средств измерений, прошедших поверку и калибровку и обеспечивающих поставленным задачам точность измерений; верификацией результатов расчетов по разработанной модели с экспериментальными данными, полученными при натурных испытаниях на уникальном автоматизированном стенде гидродинамического моделирования высокоскоростного многофазного течения жидкостей; публикацией и апробацией основных положений работы на международных и всероссийских научно-технических конференциях.

Научная новизна:

1) впервые составлена математическая модель течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе с учетом эффекта кавитации и поэлементного нагрева жидкости, позволяющая на этапе расчетно-проектных работ получить визуализированные картины изменений основных параметров и характер протекания процессов;

2) сформирована критериальная база в виде комплекса уравнений, определяющих относительные геометрические параметры проточного тракта, кинематические, динамические и тепловые характеристики процессов течения рабочей жидкости, позволяющая аналитически описать работу вихревой установки;

3) показано наличие положительной обратной связи в вихревом теплогенераторе, который ускоряет процесс нарастания температуры рабочей жидкости;

4) разработана методика моделирования течения двухфазной жидкости в вихревом теплогенераторе в одномерной и многомерной постановке решения, с учетом необходимых итерационных операций верификации и определением основных параметров процесса для формирования исходных данных по разработке конструкторской документации.

Практическая ценность.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика позволяет проводить расчетные работы при проектировании вихревых теплогенераторов и сократить затраты на проведение расчетных, проектных работ и экспериментальных исследований.

Результаты исследований внедрены в:

1. ОАО «УАП «Гидравлика» при разработке перспективных схем и конструкций энергетических установок.

2. ОАО «Институт технологии и организации производства» при проектировании вихревых теплогенераторов.

3. ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» в виде конспекта лекции в рамках учебно-образовательного курса «Нестационарные газодинамические эффекты в системах гидравлических и пневматических приводов».

Апробация работы. Основные положения диссертации представлены на следующих международных и российских конференциях:

1) Всероссийская НТК «Динамика машин и рабочих процессов» (Челябинск, ЮжУРГУ, 2000);

2) Всероссийская молодежная научная конференция «Мавлютовские чтения» (Уфа, УГАТУ, 2008-2010 гг.);

3) Всероссийская зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых «Участник молодежного научно-инновационного конкурса «У.М.Н.И.К» (Уфа, 2009-2010 гг.);

4) XIII Международная научная конференция посвященная 50-летию Сиб. гос. аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева (Красноярск, 2009);

5) III Всероссийская молодежная НТК «Вакуумная и компрессорная техника и пневмоагрегаты» (Москва, МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009);

6) научно-технические семинары учебного научного инновационного центра «Гидропневмоавтоматика» (Уфа, УГАТУ, 2007-2011 гг.).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации представлены в 15 публикациях с объемом 14 пл., в том числе в двух статьях в издании, рекомендованном ВАК, патенте РФ № 2431883

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы из 76 наименований, содержит 163 страниц текста, в том числе 81 рисунка, 14 таблиц, 8 приложений.

1 Автор выражает глубокую благодарность к.т.н., доценту Ахметову Ю.М. за консультации, ценные замечания и поддержку, оказанную в ходе выполнения работы.

Глава 1. АНАЛИЗ РАЗРАБОТОК И ИССЛЕДОВАНИЙ ВИХРЕВЫХ ЖИДКОСТНЫХ ТЕПЛОГЕНЕРАТОРОВ

1.1. Обзор научных трудов, посвященных вихревым теплогенераторам

Вихревыми теплогенераторами принято называть устройства для изменения температурного состояния рабочей среды с использованием эффекта, достигаемого при движении рабочей среды по вихревой траектории.

Впервые нестандартные свойства искусственно создаваемого вихревого движения рабочей среды описал французский инженер Жозеф Ранк в первой половине XX века. Сущность наблюдаемого эффекта заключалась в том, что на выходе вихревой трубы наблюдалось разделение сжатого воздушного потока на теплую и холодную струю [61].

Исследования в данной области были продолжены немецким изобретателем Робертом Хилшем, который в 40-х годах XX столетия изменил конструкцию вихревой трубы Ранка, добившись увеличения разности температур двух воздушных потоков на выходе из трубы. Однако как Ранку, так и Хилшу не удалось теоретически обосновать наблюдаемый эффект, что отсрочило его практическое применение на многие десятилетия.

Одним из первых ученых, применившим в качестве рабочей среды жидкость, является российский ученый Александр Меркулов, профессор Куйбышевского государственного авиакосмического университета. Поскольку жидкость, в отличие от газа, практически несжимаема, эффект разделения потока на горячий и холодный в случае применения в качестве рабочей среды жидкости, проявился в интенсивном нагреве жидкости при прохождении ее через вихревой теплогенератор [45].

Однако дальнейшее развитие перспективных альтернативных источников тепловой энергии данного типа при отсутствии теоретической базы определялось невысокими темпами, и лишь в начале 90-х гг. XX века появились первые конструкции жидкостного теплогенератора, работающего на основе вихревого эффекта.

В 1995 году Ю.С.Потапов запатентовал устройство для нагрева жидкости [56], выполненное на основе трубы Ранка (рис. 1.1).

Рисунок 1.1- Теплогенератор Ю. С. Потапова

Основное отличие вихревого теплогенератора от вихревой трубы Ранка состоит в замене газообразного рабочего тела (воздуха) жидким - водой.

Основными элементами пассивного вихревого теплогенератора являются конфузор, завихритель, камера энергоразделения, тормозное устройство и байпас (рис. 1.1).

Рабочая жидкость, попадая в конфузор, ускоряется, затем попадает в устройство закрутки потока, в форме спирали Архимеда, где происходит формирование вихревого движения жидкости. Появляются две дополнительные составляющие скорости: центробежная, направленная к оси трубы, и вертикальная, возникающая вследствие вытеснения жидкости в

вихревую камеру, в которой происходит затухающее движение устойчивого вихря, выпрямляющегося в тормозном устройстве.

Дальнейшая модернизация теплогенератора Ю. С. Потапова связана с некоторыми его недостатками:

• снижение интенсивности нагрева теплоносителя из-за уменьшения скорости вращения по мере его удал�