Спосіб одержання тепла

Реферат: Спосіб одержання тепла шляхом подачі теплоносія у вихровий теплогенератор, формування вихрового потоку теплоносія, забезпечення кавітаційного режиму течії вихрового потоку при резонансному посиленні виникаючих у цьому потоці звукових коливань із наступним відводом одержуваного у вихровому теплогенераторі тепла від вихідного потоку теплоносія до споживача, попереднього нагрівання теплоносія, що подається у вихровий теплогенератор. Для інтенсифікування процесу утворення та захлопування кавітаційних пухирців по всьому об'єму основного потоку, інтенсифікування теплообмінних та реакційних процесів, а також зменшення енерговитрат як теплоносій використовують речовину в рідкій фазі, перед подачею теплоносія в резонансну камеру в теплоносій вводять нанопорошок металу, закручують потік, що піддається звуковому впливу, уздовж осі потоку, розділяють його на два потоки з різними швидкостями, закручують розділені частини потоку перпендикулярно осі потоку шляхом з'єднання частин розділеного потоку. UA 114764 C2 (12) UA 114764 C2 UA 114764 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до способів одержання теплової енергії за рахунок процесу кавітації в рідині та може бути застосований у вихрових кавітаційних апаратах, інтенсифікаторах хімічних реакцій, теплогенераторах. Відомий спосіб одержання енергії, що включає подачу речовини в рідкій фазі в зону обробки та створення в речовині кавітаційних пухирців, причому пухирці в речовині створюють шляхом створення періодично змінюваного тиску, що має постійну та змінну складову [1]. Недоліком способу є недостатня ефективність передачі тепла від джерела тепла кавітаційного пухирця, теплоносієві. Найбільш близьким по технічній суті до запропонованого способу є спосіб одержання тепла шляхом подачі води у вихровий теплогенератор, формування вихрового потоку води в ньому та забезпечення кавітаційного режиму течії вихрового потоку при резонансному посиленні виникаючих у цьому потоці звукових коливань із наступним відводом одержуваного у вихровому теплогенераторі тепла від вихідного потоку води до споживача, попереднє нагрівання води, що подається в теплогенератор, до температури 63-90 °C [2]. Недоліком найближчого аналога є недостатня ефективність передачі тепла від джерела тепла - кавітаційних пухирців, теплоносієві. В основу пропонованого технічного рішення поставлена задача розробки способу, що забезпечує підвищення його ефективності шляхом зменшення часу нагрівання рідини за рахунок збільшення швидкості передачі тепла від кавітаційного пухирця рідині, збільшення відносного об'єму, в якому утворюються та захлопуються кавітаційні пухирці та інтенсифікації їх перемішування. Поставлена задача вирішується тим, що у способі одержання тепла шляхом подачі теплоносія у вихровий теплогенератор, формування вихрового потоку теплоносія в ньому, забезпечення кавітаційного режиму течії вихрового потоку при резонансному посиленні звукових коливань, що виникають у цьому потоці, з наступним відводом одержуваної у вихровому теплогенераторі тепла до споживача, попереднього нагрівання теплоносія, що подається у вихровий теплогенератор, згідно з винаходом, як теплоносій використовують речовину в рідкій фазі, перед подачею якого в резонансну камеру у нього вводять нанопорошок металу, закручують потік, що піддається звуковому впливу, уздовж осі потоку, розділяють його на два потоки з різними швидкостями, закручують розділені частини потоку перпендикулярно осі потоку шляхом з'єднання частин розділеного потоку. Відмітними ознаками способу, що заявляється, є: - перед подачею теплоносія в резонансну камеру в теплоносія вводять нанопорошок металу; - закручують потік, що піддається звуковому впливу, уздовж осі потоку; - розділяють його на два потоки з різними швидкостями; - закручують розділені частини потоку перпендикулярно осі потоку шляхом з'єднання частин розділеного потоку. Виходячи з описаного рівня техніки, випливає те, що наведені відмітні ознаки способу, що заявляється, є новими, взаємозалежними між собою з утворенням стійкої сукупності істотних ознак, достатньої для одержання необхідного технічного результату. Завдяки тому, що як теплоносій використовують речовину в рідкій фазі, перед подачею якого в резонансну камеру в теплоносій вводять нанопорошок металу, при створенні умов виникнення кавітації, кожна частка металу є центром утворення кавітаційного пухирця, при цьому відбувається зменшення межі міцності теплоносія на розрив. Це призводить до того, що може бути знижений тиск теплоносія в резонансній камері, при якому відбувається, за даних умов, утворення кавітаційних пухирців, а отже, зменшені енерговитрати на створення кавітації. При захлопуванні пухирця в ньому виникає висока температура, що досягає 10 000 °C і високий тиск, що досягає 1000 МПа. Частка металу усередині пухирця швидко розігрівається в силу того, що коефіцієнт теплопровідності металів на 2-3 порядку вище коефіцієнта теплопровідності теплоносія. У стадії, коли кавітаційний пухирець захлопнувся, розігріті до високої температури частки металу передають тепло навколишньому теплоносієві зі швидкістю, що перевищує швидкість передачі тепла від розігрітого теплоносія в пухирці, що захлопнувся. Це приводить до зменшення часу розігріву теплоносія та підвищенню ефективності розігріву. Внаслідок того, що закручують потік, що піддається звуковому впливу, уздовж осі потоку, розділяють його на два потоки, з різними швидкостями розділених потоків, закручують розділені частини потоку вздовж осі, перпендикулярної потоку, шляхом з'єднання частин розділеного потоку, умови виникнення кавітації створюють у більшому об'ємі теплоносія, що нагрівається, з утворенням мікровихрів, що виникають, кавітаційних пухирців та інтенсивним перемішуванням 1 UA 114764 C2 5 10 15 20 25 30 по всьому об'єму вихрового теплогенератора. Це приводить до підвищення ефективності робочого процесу. На Фіг. 1 представлений поздовжній розріз кавітаційного апарата для реалізації способу. На Фіг. 2 - вигляд на нього з торця. Кавітаційний апарат має: вхідний канал - 1, резонансну камеру 2, канал введення нанопорошку металу - 3, роздільник потоку - 4. Спосіб одержання тепла, що заявляється, реалізують таким чином. Подають теплоносій через вхідний канал 1, розташований тангенціально до резонансної камери 2. Через канал 3 подають нанопорошок металу. У реакційній камері викликають утворення кавітаційних пухирців, які захлопуються з виділенням тепла та утворенням звукових коливань у теплоносії. Розміри, форма каналу підведення теплоносія, резонансної камери та режим подачі теплоносія вибирають таким чином, щоб процес утворення кавітаційних пухирців протікав при резонансному посиленні звукових коливань, що виникають. Підданий кавітаційній обробці теплоносій подають у роздільник потоку 4. Вибором параметрів роздільника, потік розділяють на потоки з різними швидкостями, які можуть відрізнятися на порядок і більше. У розділених частинах потоку кавітаційні процеси інтенсифікуються внаслідок зменшених об'ємів частин потоку, і поперечного завихрення частин потоків, відбувається перемішування частин потоку та зростає рівномірність виділення тепла по об'єму розділених потоків. На виході з роздільника потоку 4, частини потоку закручують перпендикулярно осі потоку шляхом їхнього з'єднання. Це призводить до утворення мікровихрів, у яких створюють умови для утворення кавітаційних пухирців і їх інтенсивного перемішування. Нагрітий по всьому об'єму теплоносій подають у теплообмінник (на рисунку не зазначений), з якого теплоносій повертають на вхід 1 кавітаційного апарата. До споживача тепло подається від теплообмінника. Приклад конкретного виконання. Як теплоносій вибиралася водопровідна вода. У першому випадку вода під тиском 0,6 МПа подавалася тангенціально через вхідний канал 1 кавітаційного апарата, у резонансну камеру 2 і далі в роздільник потоку 4. Як роздільник потоку використовувалася труба Вентурі, що встановлена в циліндричний канал. З роздільника потоку вода поверталася у вхідний канал 1. Вимірювався час подачі води та температура води на виході з роздільника потоку 4. У другому випадку водопровідна вода подавалася під тиском 0,3 МПа, у яку вводився нанопорошок нікелю з середнім арифметичним розміром 50-80 нм через канал 3. Коефіцієнт теплопровідності нікелю - 80 Вт/м.К, коефіцієнт теплопровідності води - 0,6 Вт/м.К, тобто на два порядки менше, ніж у нікелі. Порівняльні дані вимірів зведені в Таблицю. №№ п/п Час подачі води, хвилин Температура води, °C без 1. нанопорошку нікелю Температура води, °C с 2. нанопорошку нікелю 35 40 0 додавання додавання 10 20 30 40 50 20 30 40 50 60 70 20 40 55 70 80 95 Техніко-економічні переваги способу, що заявляється, у порівнянні із прототипом, полягають у тому, що підвищується ефективність нагрівання води, що подається на вхід кавітаційного апарата при знижених енерговитратах - робочий тиск води, що подається на вхід кавітаційного апарата, у два рази нижче у випадку подачі в теплоносій нанопорошкунікелю. Скорочений час нагрівання води до заданої температури більш ніж в 1,5 разу. Це є наслідком інтенсифікації теплообмінних, масообмінних і реакційних процесів. 1. RU № 2054604, F24J 3/00,20.02.1996. 2. RU № 2165054, F24J 3/00,10.04.2001. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 Спосіб одержання тепла шляхом подачі теплоносія у вихровий теплогенератор, формування вихрового потоку теплоносія, забезпечення кавітаційного режиму течії вихрового потоку при резонансному посиленні виникаючих у цьому потоці звукових коливань із наступним відводом одержуваного у вихровому теплогенераторі тепла від вихідного потоку теплоносія до споживача, попереднього нагрівання теплоносія, що подається у вихровий теплогенератор, який відрізняється тим, що як теплоносій використовують речовину в рідкій фазі, перед подачею теплоносія в резонансну камеру в теплоносій вводять нанопорошок металу, закручують потік, що піддається звуковому впливу, уздовж осі потоку, розділяють його на два потоки з різними швидкостями, закручують розділені частини потоку перпендикулярно осі потоку шляхом з'єднання частин розділеного потоку. 2 UA 114764 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3