5.4 Холодильні установки з вихровою трубкою.

Для одержання низьких температур у ряді випадків почали застосовувати вихрові трубки, холодильний ефект у яких був відкритий Ранком у 1934 р., а потім вивчений Хильшем.

Схема вихрової труби наведена на рис. 5.4, вона являє собою най- простіший апарат без частин, що рухаються. Стиснений газ, при тиску Р_с та температурі Т_с, звичайно рівної або близької до температури навко- лишнього середовища Т_н.с, вводиться з великою швидкістю (200÷400 м/сек) в середину циліндричної труби 2 через сопла 1 тангенціально, тобто по дотичній до внутрішньої поверхні труби. Потік газу, що надійшов у трубу, робить оберти навколо її вісі, переміщується по периферії труби від соплового перетину С – С до так званого гарячого торця труби Г – Г.

Через кільцеву щілину 3 у вихідному торці Г – Г труби частина периферійного потоку газу виводиться з неї при температурі гальмування Т_г > Т_с. Інший газовий потік проходить по центральній частині труби протитоком до периферійного потоку газу й виводиться з неї через діафрагму 4 і холодний торець труби Х – Х з температурою гальмування Т_х < Т_с. Тиск обох потоків газу на виході із труби нижче тиску Р_с, тобто Р_х< Р_с і Р_г< Р_с. Таким чином, у трубі рухаються протиструмом два обертових, в одному напрямку, потоку газу з різними законами розподілу кутових швидкостей і різною термодинамічною температурою.

Температурою гальмування називається така температура, яку повинен прийняти газовий струмінь, при зниженні його швидкості до нуля в умовах адіабатного процесу та без виконання технічної роботи. Подібно температурі гальмування, користуються також поняттям ентальпії гальмування й тиску гальмування. Під термодинамічною, розуміється дійсна температура потоку, що рухається, тобто температура, яку показав би термометр, що рухається разом із потоком.

Через гальмування периферійного потоку газу, на шляху від соплового перетину С – С до перетину Г – Г, термодинамічна температура цього потоку безупинно зростає, а його тангенціальна швидкість знижується.

Центральний потік газу, що рухається протиструмом до периферійного, формується із часток газу, що переходять із периферійного потоку. Термодинамічна температура й кутова швидкість центрального потоку мають найбільші значення поблизу гарячого кінця труби й найменші поблизу діафрагми.

Г 3 2 С Х

Т_г

Т_х

Т_г Т_с 4 Г 1 Х

Рис. 5.4. Схема вихрової трубки С

У процесі безпосередньої взаємодії центрального й периферійного потоків газу, відбувається вирівнювання їхніх термодинамічних температур та кутових швидкостей. При цьому, тепло й кінетична енергія передаються від центрального потоку периферійному. У результаті температура гальмування периферійного потоку зростає, а центрального – знижується.

Не дивлячись на невисоку термодинамічну ефективність вихрових трубок, простота їхньої конструкції й надійність у роботі, в ряді випадків, роблять їхнє застосування доцільним.