Газодинамічний інфрачервоний випромінювач

1 Газодинамічний інфрачервоний випроміню вач, що містить акустичний резонатор для генерації високочастотних ударних хвиль і газо генератор, надзвукове сопло якого встановлене строго СПІВВІСНО робочій порожнині резонатора, який відрізняється тим, що між внутрішньою зовнішньою поверхнями резонатора виконана порожнина, заповнена легкоплавким високотеплопрові Винахід відноситься до енергомашинобудування, переважно до теплотехніки, і може бути застосований для нагрівання оточуючого середовища, наприклад, в опалювальних системах, пристроях для сушіння, для інфрачервоного (14) опромінення в заданому діапазоні довжин хвиль, для імітації випромінювання різноманітних тепловиділяючих об'єктів Відомий акустичний запальник і метод запалювання для рідкопаливного ракетного двигуна [Міжнародна заявка WO 99/34105, клас F02K09/95, опубл 08 07 1999] До складу пристрою входять циліндрична камера попереднього згоряння, сопло вприскування палива, форсунка, а також акустичний резонатор, розташований навпроти сопла Камера попереднього згоряння складається з циліндричної і двох кінцевих стінок - першої і другої Сопло вприскування палива розташовано в першій кінцевій СТІНЦІ Форсунка ракетного палива дним металом 2 Газодинамічний інфрачервоний випромінювач за п 1, який відрізняється тим, що порожнина між внутрішньою і зовнішньою поверхнями резонатора виконана зі збільшеним об'ємом із боку глухого кінця в напрямку до вхідної частини робочої порожнини резонатора 3 Газодинамічний інфрачервоний випромінювач за пп 1, 2, який відрізняється тим, що біля устя акустичного резонатора встановлений профільований акустичний відбивач 4 Газодинамічний інфрачервоний випромінювач за пп 1, 2, 3, який відрізняється тим, що вхідна частина робочої порожнини резонатора виконана конфузорною на довжину не менше 1/3 від довжини всієї робочої порожнини 5 Газодинамічний інфрачервоний випромінювач за пп 1, 2, 3, 4, який відрізняється тим, що глухий кінець робочої порожнини резонатора виконаний увігнутим 6 Газодинамічний інфрачервоний випромінювач за пп 1, 2, 3, 4, 5, який відрізняється тим, що на ЗОВНІШНІЙ поверхні акустичного резонатора виконане покриття з тугоплавкого матеріалу розміщена всередині сопла СПІВВІСНО З НИМ Акустичний резонатор установлений навпроти сопла в другій кінцевій СТІНЦІ камери попереднього згоряння Паливо крізь форсунку подається в камеру попереднього згоряння, за допомогою сопла направляється в акустичний резонатор, що викликає в останньому, утворення ударних хвиль Перетворення кінетичної енергії високочастотних ударних хвиль у теплову призводить до розігріву глухого кінця резонатора до високої температури, унаслідок чого забезпечується запалювання паливної суміші До недоліків даного винаходу відноситься низький К К Д пристрою через недостатньо ефективне використання енергії ударних хвиль і розсіювання теплової енергії елементами конструкції, а також великі споживчі витрати на робочий процес, зокрема, велика витрата газу З відомих пристроїв найбільш близьким до ви О О 00 00 о ю 50880 находу за технічною суттю, призначенням і результатом, що досягається, та вибраним за прототип, є газодинамічний нагрівник [Патент РФ, № 2062953, клас F23Q13/00, опубл 1996 06 27], що містить акустичний резонатор для генерації високочастотних ударних хвиль і газогенератор, надзвукове сопло якого встановлене СПІВВІСНО робочій порожнині резонатора Пристрій використовується для запалювання двохкомпонентних, утому числі, двохфазних систем Стиснутий газ розганяється в надзвуковому соплі і направляється в резонатор, всередині якого виникають високочастотні ударні хвилі При цьому глухий кінець резонатора розігрівається до високої температури і запалює пальну суміш Недоліками даного винаходу є нерівномірність розподілу температури випромінюючої поверхні пристрою через те, що резонатор виконаний із суцільного матеріалу Це призводить до того, що максимальна температура нагрівання виникає тільки у глухого кінця резонатора Це призводить до нерівномірного розподілу температури по довжині зовнішньої поверхні останнього і, ВІДПОВІДНО, ДО нерівномірного теплового випромінювання в навколишнє середовище, що унеможливлює концентрацію енергії випромінювання в пристроях обігріву, сушіння й імітації випромінювання різноманітних тепловидільних об'єктів, низький К К Д пристрою через неможливість повного використання кінетичної енергії ударних хвиль із-за розсіювання теплової енергії Тобто, має місце нераціональне (неповне) використання кінетичної енергії високочастотних ударних хвиль, перетвореної в теплову, що обумовлене конструкцією акустичного резонатора Глухий кінець резонатора виконаний плоским, отже, відбиті від нього ударні хвилі не можуть сконцентруватися на осі резонатора, неможливість одержання інфрачервоного випромінювання в заданому діапазоні довжин хвиль через те, що випромінююча поверхня акустичного резонатора нагрівається нерівномірно, діапазон 14- випромінювання поверхні не піддається регулюванню Очевидно, що існуючі газодинамічні нагрівники не забезпечують рівномірний розподіл температури випромінюючої поверхні, мають великі споживчі витрати і низький К К Д , що обмежує їхнє промислове застосування У теплотехніці необхідні пристрої, що дозволяють одержувати інфрачервоне випромінювання в заданому діапазоні довжин хвиль, наприклад у системах сушіння, обігріву, імітації інфрачервоного випромінювання різноманітних тепловидільних об'єктів, для тестування 14вимірювальної апаратури, де концентрація їхньої випромінювальної енергії й и задане просторове поле розподілу набувають найважливішого значення У основу винаходу, що заявляється, поставлена задача одержання рівномірної температури (рівномірного поля температури) випромінюючої поверхні газодинамічного інфрачервоного випромінювача, збільшення К К Д і зменшення споживчих витрат на робочий процес пристрою, а також одержання інфрачервоного випромінювання в за даному діапазоні довжин хвиль Поставлена задача вирішується тим, що газодинамічний інфрачервоний випромінювач містить акустичний резонатор для генерації високочастотних ударних хвиль і газогенератор, надзвукове сопло якого встановлене строго СПІВВІСНО робочій порожнині резонатора ВІДПОВІДНО ДО винаходу, між внутрішньою і зовнішньою поверхнями резонатора виконана порожнина, заповнена легкоплавким високотеплопровідним металом Ця порожнина між внутрішньою і зовнішньою поверхнями резонатора може бути виконана зі збільшеним об'ємом із боку глухого кінця в напрямку до вхідної частини робочої порожнини резонатора Крім того, у устя акустичного резонатора встановлений профільований акустичний відбивач, вхідна частина робочої порожнини резонатора виконана конфузорною на довжину не менше 1/3 від довжини всієї робочої порожнини, а глухої кінець робочої порожнини виконаний увігнутим На ЗОВНІШНІЙ поверхні резонатора може бути виконане покриття з тугоплавкого матеріалу У запропонованому пристрої, по-перше, забезпечується одержання рівномірної температури випромінюючої поверхні завдяки виконанню між внутрішньою і зовнішньою поверхнями резонатора порожнини, заповненої легкоплавким високотеплопровідним металом Під час роботи пристрою за рахунок автоколивального режиму в робочій порожнині резонатора генерируются ударні хвилі, що нагрівають газ у глухого кінця Тепло від глухого кінця робочої порожнини резонатора передається до його внутрішньої поверхні Це призводить до розплавлювання металу, що заповнює порожнину, виконану між внутрішньою і зовнішньою поверхнями резонатора, і вирівнюванню температурного поля зовнішньої поверхні резонатора на стаціонарному режимі (т = ад ), оскільки розплавлений метал має однакову температуру у всьому об'ємі порожнини Порожнина між внутрішньою і зовнішньою поверхнями резонатора може бути виконана зі збільшеним об'ємом із боку глухого кінця в напрямку до вхідної частини робочої порожнини резонатора Це дозволяє забезпечити більш ефективне вирівнювання температури зовнішньої поверхні резонатора за рахунок більш інтенсивної циркуляції в області найменшого нагрівання Рівномірне поле теплового випромінювання може бути ефективно сконцентровано різноманітними типами рефлекторів По-друге, винахід дозволяє збільшити К К Д пристрою і зменшити споживчі витрати на робочий процес У запропонованому газодинамічному випромінювачі у устя резонатора встановлений профільований акустичний відбивач Вхідна ударна хвиля, відбита цим відбивачем, збільшує свою амплітуду, що викликає збільшення потужності ударних хвиль у робочій порожнині резонатора Це дозволяє більш повно використовувати кінетичну енергію ударної хвилі Завдяки тому, що вхідна частина робочої порожнини акустичного резонатора виконана конфузорною на довжину не менше 1/3 від довжини всієї 50880 робочої порожнини резонатора, надзвуковий потік на вході стискується й амплітуда ударних хвиль збільшується Співвідношення довжини конфузорноі вхідної частини і довжини всієї робочої порожнини резонатора як не менше, чим 1 3 визначено експериментальним шляхом і забезпечує можливість максимально збільшити амплітуду ударної хвилі, а, отже, ефективність перетворення кінетичної енергії ударної хвилі в теплову для підвищення К К Д пристрою Глухий торець робочої порожнини акустичного резонатора виконаний увігнутим для концентрації відбитих ударних хвиль на осі резонатора, що призводить до додаткового збільшення температури газу завдяки молекулярної перебудови - зменшення молекулярного пробігу молекул і збільшення внутрішньої енергії газу Завдяки цьому досягається більш повне перетворення кінетичної енергії високочастотної ударних хвилі в тепло і, як наслідок, підвищення К К Д пристрою і зменшення споживчих витрат на робочий процес У третіх, у запропонованому винаході досягається можливість одержання інфрачервоного випромінювання в заданому діапазоні довжин хвиль У запропонованому пристрої завдяки виконаному з тугоплавкого матеріалу покриттю зовнішньої випромінюючої поверхні акустичного резонатора досягається одержання випромінювання в заданому діапазоні довжин хвиль Тобто, шляхом добору матеріалу цього покриття одержують випромінювання в необхідному діапазоні довжин хвиль На фіг 1 показаний газодинамічний інфрачервоний випромінювач - подовжній розріз, на фіг 2 - варіант винаходу, в якому об'єм порожнини, заповненої металом, збільшується з боку глухого кінця в напрямку до вхідної частини робочої порожнини резонатора До складу запропонованого газодинамічного інфрачервоного випромінювача входять газогенератор 1 із надзвуковим соплом 2 із вихідним діаметром d a і акустичний резонатор 3 із діаметром входу dp > d a Надзвукове сопло 2 газогенератора 1 розташовано строго СПІВВІСНО робочій порожнині 4 акустичного резонатора 3 на відстані (х) від устя 5 акустичного резонатора З Відстань х дорівнює довжині першої "бочки" (зони нестабільності) надзвукового нерозрахункового струменю газу У устя 5 установлений профільований акустичний відбивач 6 Робоча порожнина 4 утворена внутрішньою поверхнею резонатора З Глухий кінець 7 робочої порожнини 4 виконаний увігнутим, а вхідна частина 8 - конфузорною Довжина І вхідної частини 8 складає не менше 1 / 3 довжини L усієї робочої порожнини 4 резонатора З Між внутрішньою і зовнішньою поверхнею акустичного резонатора 3 виконана порожнина 9, заповнена легкоплавким високотеплопровідним металом 10 (наприклад, натрієм - Na, магнієм - Мд, МІДДЮ - Си і ш) Обсяг цієї порожнини 9 збільшується з боку глухого кінця 7 у напрямку до вхідної частини 8 робочої порожнини 4 резонатора З При цьому об'єм порожнини 9 Vi більше об'єму металу 10 V2 на об'єм, розрахований при за даному максимальному режимі розігріву глухого кінця резонатора З AV = Vi - V2 Цей додатковий об'єм UV необхідний для температурного розширення металу в порожнині 9 На ЗОВНІШНІЙ випромінюючій поверхні акустичного резонатора 3 нанесене покриття 11 із тугоплавкого матеріалу У якості тугоплавкого матеріалу може бути використаний метал (наприклад, молібден, титан, хром, вольфрам), керамічний матеріал і т д Пристрій працює таким чином У газогенераторі 1 генерується нерозрахунковий надзвуковий струмінь газу, що за допомогою надзвукового сопла 2 крізь конфузорну вхідну частину 8 направляється в робочу порожнину 4 акустичного резонатора З У резонаторі 3 виникає стрибок ущільнення, що осцилює, (ударна хвиля) із високою частотою і відомою амплітудою За рахунок створення автоколивального режиму в робочій порожнині 4 резонатора 3 продовжують генеруватися ударні хвилі, унаслідок чого нагрівається газ біля увігнутого глухого торця 7 Вхідна ударна хвиля відбивається профільованим акустичним відбивачем 6, амплітуда її збільшується, що викликає збільшення потужності ударних хвиль у порожнині 4 резонатора 3 і збільшення температури газу в глухому КІНЦІ 7 Відбиті ударні хвилі концентруються на осі резонатора 3 за допомогою увігнутого глухого кінця 7 робочої порожнини 4, унаслідок чого температура газу продовжує збільшуватися за рахунок молекулярної перебудови зменшення молекулярного пробігу молекул і збільшення внутрішньої енергії газу Це призводить до розплавлювання металу 10 у порожнині 9 і вирівнюванню температурного поля зовнішньої поверхні резонатора 3 на стаціонарному режимі (х = со) Покриття 11 забезпечує можливість одержання 14- випромінювання зовнішньої поверхні акустичного резонатора 3 у заданому діапазоні довжин хвиль Таким чином, у запропонованому пристрої досягається одержання рівномірної температури випромінюючої поверхні за рахунок того, що тепло по ЗОВНІШНІЙ випромінюючій поверхні акустичного резонатора розподіляється рівномірно Винахід, що заявляється, дозволяє підвищити К К Д пристрою і зменшити споживчі витрати на робочий процес завдяки найбільш повному перетворенню кінетичної енергії ударних хвиль у теплову І, нарешті, запропонований винахід дозволяє одержати інфрачервоне випромінювання в заданому діапазоні довжин хвиль ВІДПОВІДНО ДО ВИМОГ експлуатації пристрою Запропонований винахід може знайти широке застосування не тільки в теплотехніці, але і скрізь, де необхідні пристрої одержання ІЧвипромінювання в заданому діапазоні довжин хвиль, наприклад у системах сушіння, обігріву, імітації ІЧ- випромінювання різноманітних тепловидільних об'єктів для тестування ІЧ вимірювальної апаратури 50880 Фіг 2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71