ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА ВИХРЕВОГО ЭНЕРГОРАЗДЕЛЕНИЯ

Изучение этой совокупности факторов открывает широкое поле для поиска новых решений, улучшающих энергетические характеристики ВТ. Укажем некоторые эффективные приемы (преимущественно те, что применены в серийных изделиях, представленных в статье):

Камертон-турбулизатор в потоке
Многоцелевые ВТ впервые снабжены устройством, взаимодействующим с вихревым потоком (Рис. 3, 5-9). Из разнообразных конструкций, прошедших экспериментальную проверку, выбран простой и эффективный интенсификатор в форме U-образного камертона. В «хвостовой» зоне вихревой камеры ветви камертона вибрируют в набегающем потоке, дополнительно его турбулизуют и налагают на поток коле-бания определенной частоты (равной собственной частоте камертона - около 1 кГц [25, 26]).
Камертон в ВТ - преобразователь энергии: с его помощью акустические колебания «случайных» частот, представленных в спектральной характеристике шума ВТ (соотносящихся с турбулентностью разного масштаба), частично преобразуются в колебания «несущей» частоты. Эта частота соответствует тому масштабу турбулентности, который (главным образом) определяет, по нашему мнению, радиальный пе-ренос тепла в вихревом потоке сжимаемой среды [25].
При питании от пневмосети без осушки сжатого воздуха и π = 2÷6 камертон-турбулизатор повышает энергетическую эффективность ВТ на 30÷55% при D = 5мм и на 12÷22% при D = 20мм и (больший прирост эффективности при меньших значениях π). Совершествование интенсификаторов для многокамерных ВТ продолжается (см. ниже).

Вихревые камеры в пульсационном взаимодействии
Одна из определяющих тенденций в эволюции ВТ – миниатюризация: уменьшение холодопроизводительности, диаметра используемых вихревых камер, габаритных размеров изделия. Для охлаждения мощных микросхем, например, могут быть предложены дешевые в производстве двухкамерные микро-ВТ с D = 2,5мм (исследованы микро-ВТ с D = 1,0-1,5мм). Размещение в них камертона-турбулизатора с собственной частотой около 1 кГц невозможно из-за габаритных ограничений, поэтому (при D = 5мм и менее) применен прием интенсификации, не требующий камертона:
Потоки соседних вихревых камер в многокамерной ВТ приводят во взаимодействие и получают «биения» с частотой около 1 кГц (а также с частотой на 2-3 октавы более низкой). Этим нейтрализовано действие т. наз. «масштабного фактора»: пульсационное взаимодействие камер позволяет увеличить вдвое холодопроизводительность микро-ВТ (D = 2,5мм при π = 3), приблизив ее энергетическую эффективность к уровню эффективности ВТ с D = 10мм.

Рециркуляция горячего потока
РВТК-16/1 (г. Кириши; Рис. 4) – первая в мире серийная модель ВТ с оребренной охлаждаемой камерой. В процессе совершенствования этой продукции внутреннее оребрение вихревой камеры было реконструировано: плоские пластинчатые ребра заменены совокупностью конических щелевых диффузо-ров. Горячий поток не только охлаждается в них, но и рециркулирует к оси вихревого потока в «хвостовой» зоне камеры.
Результат: при воздушном и водяном охлаждении наружного оребрения и питании от заводской пневмосети (π = 2,4) у реконструированных серийных ВТ коэффициент энергетической эффективности: (µη) = 34% и (µη) = 43%, соответственно.
В лабораторных условиях на экспериментальных образцах ВТ с внутренним оребрением достигнут уровень (µη)max = 62% [26], что втрое больше, чем у ВТ зарубежного производства.

ВТ с термоэлектрическим охлаждением камеры
Дальнейшее увеличение (µηt) реализовано в экспериментальном комбинированном генераторе холода при π = 1,1÷1,6. Он содержит ВТ с внутренним оребрением и полупроводниковые термобатареи с холодными спаями в тепловом контакте с наружной поверхностью вихревой камеры (т. е. при термоэлектрическом охлаждении камеры ВТ) [27].

Миниатюризация
ВТ, снабженные внутренним оребрением, отводящим тепло от периферийных слоев вихревого потока, предстоит сделать компактнее для целей точечного охлаждения - перейти от D = 16мм (Рис. 4) к миниатюрным ВТ с D = 2,5÷10мм.

Интересно почитать