RU2079843C1 - Gear to straighten profile of velocity of flow of liquid - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement technology, usage of gear in the capacity of inlet chamber of heat exchanger for distribution of warming heat transfer agent over pipes. SUBSTANCE: pipe-line is manufactured in the form of external diffuser. Cross-section areas of radial clearances at outlet and inlet are equal, cone angles of diffusers 1, 2 and 3 are chosen from relationship 6^°<α₁<α_1+i< ... <16^°, where α₁ is cone angle of external diffuser, α_1+i is cone angle of i-th internal diffuser. EFFECT: enhanced functional efficiency of gear. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для профилирования поля скоростей потока жидкости, и может быть использовано в качестве входной камеры теплообменника для раздачи греющего теплоносителя по трубам. The invention relates to measuring equipment, and in particular to devices for profiling the field of the velocity of the fluid flow, and can be used as an input chamber of a heat exchanger for distributing heating coolant through pipes.

Известно устройство для спрямления профиля скоростей потока жидкости, содержащее набор диффузоров, установленных с радиальным зазором между ними [1]
Недостатком известного устройства является то, что в режиме нагрузок появляется неравномерность поля скоростей потока жидкости по сечению трубопровода.A device for straightening a velocity profile of a fluid flow comprising a set of diffusers installed with a radial clearance between them [1]
A disadvantage of the known device is that in the load mode there is an uneven field of the velocity field of the fluid flow over the cross section of the pipeline.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для спрямления профиля скоростей потока жидкости, содержащее набор диффузоров, установленных в трубопроводе один в другом соосно с радиальным зазором и жестко закрепленных между собой [2]
Недостаток указанного устройства заключается в том, что с ростом площади поперечного сечения средняя скорость потока при увеличении угла расширения диффузора падает и, начиная с некоторого угла расширения диффузора заданной длины, дальнейшее увеличение угла значительно повышает коэффициент сопротивления, вызывает отрыв пограничного слоя от стенки диффузора и связанное с этим сильное вихреобразование и создает неравномерность расхода в выходном сечении.The closest in technical essence and the achieved result is a device for straightening the velocity profile of the fluid flow, containing a set of diffusers installed in the pipeline one in another coaxially with the radial clearance and rigidly fixed to each other [2]
The disadvantage of this device is that with an increase in the cross-sectional area, the average flow rate decreases with an increase in the expansion angle of the diffuser and, starting from a certain expansion angle of the diffuser of a given length, a further increase in the angle significantly increases the drag coefficient, causes the boundary layer to detach from the diffuser wall and the associated with this, strong vortex formation creates an uneven flow rate in the outlet section.

Техническим результатом изобретения является уменьшение неравномерности расхода в выходном сечении. The technical result of the invention is to reduce the uneven flow rate in the output section.

Указанный технический результат достигается тем, что трубопровод выполнен в виде внешнего диффузора, площади проходных сечений радиальных зазоров на входе и на выходе равны между собой соответственно, а углы раскрытия диффузоров выбраны из соотношения
6^°<α₁<α_1+i< ... <16^°
где α₁ угол раскрытия внешнего диффузора,
α_1+i угол раскрытия i-го внутреннего диффузора, что является сущностью изобретения.The specified technical result is achieved by the fact that the pipeline is made in the form of an external diffuser, the areas of the passage sections of the radial gaps at the inlet and at the outlet are equal to each other, respectively, and the opening angles of the diffusers are selected from the relation
6 ^° <α ₁ <α _{1 + i} <... <16 ^°
where α _{1 is} the opening angle of the external diffuser,
α _{1 + i is} the opening angle of the i-th internal diffuser, which is the essence of the invention.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, на фиг. 2 вид А на фиг. 1. In FIG. 1 shows the proposed device, in FIG. 2, view A in FIG. one.

Устройство содержит трубопровод 1, выполненный в качестве внешнего диффузора, набор диффузоров 2 и 3, установленных в трубопроводе 1, один в другом соосно с радиальным зазором относительно друг друга, причем последние укреплены между собой проставками входного 4 и выходного 5 сечений. The device comprises a pipe 1, made as an external diffuser, a set of diffusers 2 and 3 installed in the pipe 1, one in another coaxially with a radial clearance relative to each other, the latter being reinforced with spacers of the input 4 and output 5 sections.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Рассмотрим возможность применения в качестве входной камеры теплообменного аппарата, где необходимо перейти от входного трубопровода меньшего сечения к большему и обеспечить раздачу рабочей среды с минимальными потерями полного давления и равномерного распределения расхода рабочей среду по трубкам теплообменного пучка (на чертеже не показано). Let us consider the possibility of using a heat exchanger as an input chamber, where it is necessary to switch from an inlet pipe of a smaller cross section to a larger one and ensure the distribution of the working medium with minimal loss of total pressure and uniform distribution of the working medium flow through the tubes of the heat exchange beam (not shown in the drawing).

Рабочая среда через входной участок малого сечения трубопровода 1, выполненного в качестве внешнего диффузора, который одновременно является наружной стенкой входной камеры, поступает во внутреннюю полость внешнего диффузора 1 и распределяется в нем. The working medium through the inlet section of a small section of the pipeline 1, made as an external diffuser, which is also the outer wall of the inlet chamber, enters the internal cavity of the external diffuser 1 and is distributed in it.

Для равномерного распределения потока рабочей среды по большему сечению внешнего диффузора 1 внутри его установлено дополнительное сопротивление в виде набора диффузоров 2 и 3. Упорядочивание потока рабочей среды достигается тем, что F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вх}}{\text{1}}$ =F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вх}}{\text{2}}$ =F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вх}}{\text{3}}$ где F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вх}}{\text{1}}$ , F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вх}}{\text{2}}$ , F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вх}}{\text{3}}$ площади проходных сечений внешнего 1, среднего 2 и внутреннего 3 диффузоров. За счет стабилизации движущегося потока в выходных сечениях устройства, где тоже выполнено условие: F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вых}}{\text{1}}$ =F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вых}}{\text{2}}$ =F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вых}}{\text{3}}$ , где F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вых}}{\text{1}}$ , F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вых}}{\text{2}}$ , F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{вых}}{\text{3}}$ площади проходных сечений внешнего 1, среднего 2 и внутреннего 3 диффузоров, тем самым достигается равномерное поле скоростей потока на выходе из устройства, что также снижает его сопротивление.For uniform distribution of the flow of the working medium over a larger cross section of the external diffuser 1, an additional resistance is established inside it in the form of a set of diffusers 2 and 3. The flow of the working medium is ordered by the fact that F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{in}}{\text{one}}$ = F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{in}}{\text{2}}$ = F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{in}}{\text{3}}$ where f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{in}}{\text{one}}$ , F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{in}}{\text{2}}$ , F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{in}}{\text{3}}$ pass-through areas of external 1, middle 2 and internal 3 diffusers. Due to the stabilization of the moving flow in the output sections of the device, where the condition is also fulfilled: F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{out}}{\text{one}}$ = F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{out}}{\text{2}}$ = F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{out}}{\text{3}}$ where f $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{out}}{\text{one}}$ , F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{out}}{\text{2}}$ , F $\genfrac{}{}{0ex}{}{\text{out}}{\text{3}}$ the cross-sectional areas of the outer 1, middle 2 and inner 3 diffusers, thereby achieving a uniform field of flow velocities at the outlet of the device, which also reduces its resistance.

Уменьшение сопротивления потока, его стабилизация зависит от угла расширения диффузора, связано с тем, что при углах расширения более 12^o происходит значительное повышение сопротивления диффузора заданной длины и оно становится во много раз больше, чем для прямой трубы той же длины. Это происходит за счет увеличения турбулентности перемешивания потока, отрыва пограничного слоя от стенки диффузоров и связанного с этим сильного вихреобразования и, как следствие, возникает неравномерность профиля полей скоростей, а при углах, меньших 6^o, существенно увеличиваются габариты по длине устройства, что экономически нецелесообразно.The decrease in flow resistance, its stabilization depends on the expansion angle of the diffuser, due to the fact that at expansion angles of more than 12 ^o there is a significant increase in the resistance of the diffuser of a given length and it becomes many times greater than for a straight pipe of the same length. This is due to increased turbulence in the flow mixing, separation of the boundary layer from the diffuser wall and the associated strong vortex formation and, as a result, the velocity field profile is uneven, and at angles less than 6 ^o , the overall dimensions of the device are significantly increased, which is not economically feasible .

Предлагаемая конструкция обеспечивает равномерную раздачу рабочей среды на выходе устройства. The proposed design provides uniform distribution of the working medium at the output of the device.

Claims (1)

Устройство для спрямления профиля скорости потока жидкости, содержащее трубопровод и набор диффузоров, установленных в трубопроводе один в другом соосно с радиальным зазором и жестко закрепленных между собой, отличающееся тем, что трубопровод выполнен в виде внешнего диффузора, площади проходных сечений радиальных зазоров на входе и на выходе равны между собой соответственно, а углы раскрытия диффузоров выбраны из соотношения
6^°<α₁< α_1+i< ... <16^°,
где α₁ угол раскрытия внешнего диффузора;
α_1+i угол раскрытия i-того внутреннего диффузора.A device for straightening a fluid flow velocity profile comprising a pipeline and a set of diffusers installed in the pipeline one in the other coaxially with the radial clearance and rigidly fixed to each other, characterized in that the pipeline is made in the form of an external diffuser, the area of the passage sections of the radial clearance at the inlet and at the output equal to each other, respectively, and the opening angles of the diffusers are selected from the ratio
6 ^° <α ₁ <α _{1 + i} <... <16 ^° ,
where α _{1 is} the opening angle of the external diffuser;
α _{1 + i is} the opening angle of the i-th internal diffuser.

Images