Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 8
1.1. Основные понятия и характеристики вихревых труб 8
История вихревой трубы 10
Исследование вихревого эффекта в России 11
Принцип работы вихревой трубы 14
Существующие теории вихревого эффекта Ранка 15
1.2. Особенности нелокального подхода 18
Общие положения 18
Понятие о макроячейке 19
Нелокальная термодинамика в процессах и аппаратах 22
1.3. Постановка задачи исследования 25
Глава 2. Вихревой эффект Ранка в нелокальном подходе 27
2.1. Общие соображения 27
2.2. Элементы гидродинамики вихря в нелокальном подходе 28
2.3. Теория вихревого эффекта Ранка 32
2.4. Расчетный эксперимент с промышленными аппаратами 39
Глава 3. Экспериментальная проверка метода 44
3.1 Особенности экспериментальной проверки. Экспериментальный стенд 44
3.2. Обработка экспериментальных данных 51
3.3 .Термодинамический метод расчета вихревой трубы 59
Основные результаты и выводы 65
Заключение 67
Список основной использованной литературы 69
- Исследование вихревого эффекта в России
- Существующие теории вихревого эффекта Ранка
- Элементы гидродинамики вихря в нелокальном подходе
- Обработка экспериментальных данных
Введение к работе
"Многочисленные и достаточно разнообразные практические приложения закрученных потоков, сложность их аналитического описания объясняют интерес к ним широкого круга исследователей. Этот интерес вызван еще и тем, что закрутку потока вследствие комплекса свойств используют для интенсификации различных, в том числе тепло - и мас-сообменных процессов. Наиболее полно эти свойства проявляются в устройствах, реализующих эффект температурного разделения газов, известный как эффект Ранка, или вихревой эффект"[1].
Эффект Ранка заключается в разделении закрученного потока газа на два. Один из потоков имеет температуру ниже, чем у входящего потока, другой - выше. С момента открытия эффекта Ранка - Хилша прошло уже почти 75 лет, но до сих пор не было создано адекватных математических моделей, описывающих этот эффект, природа которого до сих пор, по мнению специалистов, представляется загадочной и вызывает большой спор среди ученых[2].Основным направлением существующих исследований является отыскание модели, которая бы позволяла решать сложные расчетные задачи, и в то же время, оставаться емкой и гибкой по содержанию.
В связи со сказанным представляется актуальным апробирование новых подходов и методологических средств, к решению подобных задач. В настоящей работе с этой целью исследуются возможности нового подхода, развиваемого в рамках общего научного направления - макро-квантовой термодинамики как альтернативы классической термодинамики сплошной среды. В используемой концепции для нового метода предлагается освободиться от некоторых элементов модельности, сохранившихся в классической феноменологической термодинамике. Ими являются, прежде всего, идеализированное представление материальной среды как сплошной. Рассматриваемая процедура производится в рамках равновесного состояния с сохранением феноменологического стиля описания.
Первоначально главной идеей научных работ проводимых на кафедре нефтехимической техники МИХМа был системно - информационный подход [3-6]. В основе этого подхода лежит использование принципов максимального правдоподобия при моделировании химико-технологических процессов с введением в качестве критерия оптимальности информационной энтропии (так называемый формализм Джеймса). При создании модели в рамках такого подхода опираются только на те соотношения, в справедливости которых не приходится сомневаться (уравнения материального и энергетического баланса, условия нормировки концентраций, усредненные свойства системы в виде дополнительных уравнений). Полученную незамкнутую систему уравнений решают, используя условие максимума информационной энтропии. Такой подход позволил получить ряд известных соотношений как частный случай более, общих зависимостей и разработать новые оригинальные методики расчета процессов ректификации, абсорбции, химических превращений. Эти методики отличаются от традиционных большей степенью адекватности при меньших вычислительных затратах. В дальнейшем в теорию был введен параметр времени посредством обобщенного уравнения кинетики, удовлетворяющего принципу инвариантности. Начиная с 90-х годов, акцент проводимых исследований сместился на поиск той недостающей фундаментальной информации, с помощью которой можно было бы выйти в неравновесную область и рассчитывать процессы, происходящие вблизи равновесия.
Выдвигается идея о существовании подобно микроскопическому кванту энергии h со макроскопического кванта энергии (кТ), и как следствие, дискретном (квантовом) характере других макроскопических па- раметров - температуры, давления, объема и др. Поскольку используемый подход является макроскопическим, то в настоящей работе речь фактически идет об установлении связи между эффектом температурного разделения газа с основными термодинамическими параметрами. Это обстоятельство отразилось на структуре работы.
Важным результатом работы является косвенное подтверждение дискретной природы пространственно - временной метрики, положенной в основу используемого подхода.
Научная новизна работы заключается в новой, дискретной трактовке особенностей температурного разделения газа. См. подробнее в выводах к работе. Выяснить сущность эффекта температурного разделения газа (эффект Ранка) на основе нового подхода.
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на постоянно действующих семинарах, а также научно - технических конференциях:
В международном симпозиуме "Образование через науку" Мо-сква.-2005г.- МГТУ им. Баумана.
На международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2005".Москва-2005г. (МГУ им Ломоносова).
Основное содержание диссертационной работы отражено в восемнадцати публикациях, список приведен в конце диссертационной работы [7-24].
Профиль научно - технических конференций и изданий, связанных с техническими технологиями, обусловлен тем, что именно в этой области макроквантовый подход уже был известен целым рядом исследований прикладного характера.
Исследование вихревого эффекта в России
"Первые попытки описания вихревых эффектов появились в трудах основоположника вихревой теории винта Николая Жуковского еще в начале XIX века. В СССР исследованиями вихревого эффекта занимались в основном прикладники. Профессор Одесского технологического института пищевого и холодильного оборудования Владимир Мартыновский рассчитал и запатентовал термодинамический цикл для воздушных вихревых холодильных машин, получивший в мире название "Russian cycle". Но основной вклад в развитие основ теории этих эффектов внес профессор Куйбышевского авиационного института - КУАЙ (ныне Самарский государственный авиакосмический университет -СГАУ) Александр Меркулов. Созданная им в конце 50-х отраслевая научно-исследовательская лаборатория №9 тепловых двигателей и холодильных машин (ОНИЛ-9 министерства авиационной промышленности) провела огромный обьем теоретических и экспериментальных исследований вихревого эффекта. При этом было разработано несколько видов машин"[31].По воспоминаниям ученика Меркулова, профессора кафедры теплотехники и тепловых двигателей СГАУ Владимира Бирюкера, именно в Куйбышевском авиационном институте были получены первые данные, касающиеся физической сути этого явления. Авторитет института в изучении вихревых потоков был настолько высок, что в начале 60-х годов американцы, интересовавшиеся природой разрушительных торнадо, попросили у него помощи в проектировании для принстонского университета вихревой установки, работающей на эффекте Ранка-Хилша.
Меркулов добился увеличения эффекта охлаждения в вихревой трубке почти в два с половиной раза[32]. Подобные установки до сих пор работают в авиационных КБ и на заводах, используя воздух из обычных пневмосистем. По мнению [31] власти обратили внимание на работы Куйбышевской ОНИЛ-9 только после чернобыльской катастрофы. В меркуловской лаборатории использовали эффект вихревого всасывания, подмеченного Хилыпем, для создания моющих машин большой мощности. В них всасываемая в вихрь грязь отбрасывалась, во внешние слои циклона и собиралась затем в герметичную емкость. При дезактивации зараженной территории и оборудования было использовано более ста таких машин, отмывших сотни квадратных километров загрязненных поверхностей [31]. Подобный эффект используется и в вихревых эжекторах-насадках, на глушителях автомобиля. В периферийных горячих слоях вихревого потока лучше сжигаются вредные примеси, а за счет низкого давления в центре потока снижается противодавление выбросу из цилиндров, а значит, эффективнее сгорает топливо, в результате чего расход его уменьшается на 10-15%[33].
Вихревой эффект несмотря на довольно продолжительный срок исследований по мнению специалистов занимающихся этой проблемой, до сих пор не имеет единого, признанного всеми, научного объяснения. Спектр разработанных и применяющихся устройств, использующих вихревой эффект, чрезвычайно широк, а их возможности впечатляющи. Так, в лучших конструкциях, предназначенных для получения холода, температура на оси достигает приблизительно -20 градусов Цельсия, при входной комнатной температуре[27].
Разность температур между самыми горячими и самыми холодными слоями в вихревой трубе может быть существенно больше десяти градусов, и поразительно, что эти слои в поле центробежных сил сосуществуют рядом - на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга! [2], что подтверждается теоретически в настоящей работе.
В силу принципиальной простоты самого устройства изобретательская деятельность в этой области к сегодняшнему дню, в основном, угасла, хотя и до последнего времени заявки на изобретения, связанные с эффектом Ранка, периодически воз ни кают [34].
Что же касается попыток найти неоспоримое научное объяснение самому эффекту, то публикации на эту тему продолжаются до сих пор, причем, как правило, сериями в соответствии с появлением очередной новой идеи объяснения. Так, за последние 15 лет, только в России была защищена докторская диссертация на эту тему [35] и вышли три монографии, специально посвященные данному вопросу[36-38].
Кроме того, эффект Ранка, обсуждался в книгах по проблемам вихревого движения, и, конечно, в диссертациях и статьях, опубликованных как в России, так и за рубежом[62,63,64,65]. По этому сложному и практически важному явлению достаточно регулярно созываются специальные конференции. Отметим проведенные научно-технические конференции в КУАЙ (СГАУ), посвященные непосредственно вихревому эффекту и его промышленному применению[45-50].
Вихревой эффект, открытый Ж.Ранком, исследован, как иностранными ученными: Р.Хилшем, С.Фултоном, Д.Рейнольдсом, Х.Такахама, С. Линдерстрем-лангом, так и отечественными исследователями: А.П. Меркуловым, В.П.Алексеевым, В.М.Бродянским, В.И.Епифановой, А.Д. Сусловым В.И. Метениным, Ш.А.Пиралишвили, В.А.Сафоновым и др.[35].
Охлаждающей средой, применяемой в вихревых охладителях, могут быть воздух, гелий, природные газы, и др. однако воздух является наиболее распространенным хладагентом.
Таким образом, с одной стороны наблюдается неослабевающий интерес ряда исследователей, инженеров и изобретателей. С другой стороны, большинство физиков просто не слышали о таком ярком эффекте, по мнению Гуцола А.Ф. который, безусловно, следовало бы изучать в общем, курсе физики[25]. Эти факты свидетельствуют о том, что, видимо, все еще не найдено такое объяснение эффекта Ранка, которое было бы признано бесспорным. Отсутствие понятной теории вводит даже некоторых ученых в искушение создать на базе вихревой трубы вечный двигатель второго рода и опровергнуть второе начало термодинамики[25]. По образному выражению профессора Гольдштик М.А. эффект Ранка является "неожиданным явлением", природа которого "до сих пор представляется загадочной".
В 1931г. измеряя температуру воздуха в циклонном пылеуловителе, Ранк заметил, что в центре вихря температура ниже, чем у стенок. Создав более сильный вихрь в небольшой трубе, он получил большую разность температур между центральными и периферийными слоями вихря. Это явление названное впоследствии эффектом Ранка заключается в том, что, если в трубу подать закрученный поток газа, то в ней при определенных условиях будет происходить температурное разделение газа. В центре образуется более холодный, чем на периферии поток, и через центральное отверстие одного из концов трубы будет выходить газ, температура которого окажется значительно ниже, чем на входе. Периферийные слои газа, имеющие более высокую температуру, будут выходить через дроссельное отверстие с другого конца трубы. Такая схема вихревой трубы была названа противоточной. По мере прикрытия дросселя общий уровень давления в вихревой трубе повышается, и расход газа через отверстие диафрагмы увеличивается при соответствующем уменьшении расхода горячего потока. Многочисленные экспериментальные исследования позволили создать несколько конструктивных вариантов вихревых труб. Основным их различием является конструктивное выполнение тангенциаль ного соплового входа окатого газа, и длина цилиндрической части (вихревой зоны) трубы в калибрах. Ж.Ранком была предложена также вторая схема трубы, в которой дроссель горячего потока и диафрагма для выхода холодного потока расположены с одной стороны. Это так называемая прямоточная схема была представлена на Рис-1.1 . Вихревые трубы, по конфигурации камеры энергоразделения подразделяются на цилиндрические и конические, по методу вывода холодного потока и организации процесса — на прямоточные и противоточные, по тепловому взаимодействию с окружающей средой — на адиабатные трубы и не адиабатные.
В настоящее время существует много теоретических исследований и работ, посвященных выявлению физической сущности энергетического разделения. Они включают ряд гипотез и допущений, которые являются спорными, (см. следующий раздел) хотя и дают иногда последовательное количественное и качественное представление о механизме данного явления.
Существующие теории вихревого эффекта Ранка
Закрученные потоки жидкости начали привлекать внимание исследователей с начала XX века. Появляются работы, посвященные исследованию теории вихревого движения, и предложения по его промышленному использованию. Отличительной особенностью вихревых аппаратов является их простота, отсутствие движущихся деталей, но энергетические затраты в них, по сравнению с другими машинами аналогичного назначения больше.
Существует несколько гипотез объясняющих сущность вихревого эффекта Ранка, однако ни одна из них не дает функциональной зависимо- , ста между термодинамическими параметрами и геометрическими разме рами вихревой трубы, а также не указывает пути усовершенствования конструкции для повышения ее термодинамической эффективности[2].
Таким образом, можно констатировать, что до сих пор не разработана полностью адекватная и бесспорная теория вихревого эффекта, которая могла бы предсказать все его тонкости и предоставить конструктору обоснованные и конкретные рекомендации по улучшению эффективности работы трубы Ранка. Практическое применение вихревых труб самых разнообразных конструкций и всесторонней направленности, начиная с момента открытия вихревого эффекта (1931г.), не привело исследователей к заветной цели — полного теоретического описания эффекта Ранка. Гипотезы сущности вихревого эффекта Ранка
Классификация существующих гипотез сущности эффекта Ранка Согласно[35] авторами основных гипотез (идеальная жидкость) являются Рудкин, Гоэтц, Тейлор А.Ф.,Вулис Л.А., Дубинский М.Г., Эк-кертт Е.Р., Хартнетт И.Р., Дейч М.Б., Окино, Танигути, Вебстер Ж., Эр-дели и Алексеев Т.С. Авторами гипотез (реальная жидкость) являются Ранк. Ж., Хилш. Р., Касснер.Р, Норшилд.Е, Фултон С.А., Мартыновский Б.С., Алексеев В.Я., Гуляев А.И, Меркулов А.П., Хинце И.О., Рейнольде А.И., Ван деемтр[35].
В основу данной работы положен развиваемый профессором В.П. Майковым макроквантовый подход, разработанный на кафедре "Техника переработки природных топлив - Ті 11 IT" (сектор системного анализа) МГУИЭ [51]. Основанием для него послужило существование феномена макроскопических квантовых эффектов[52-53]. Введение процедуры макроквантования достигается на пути устранения присущих феноменологической равновесной термодинамике идеализации. Главной из них является концепция континуальности материальной среды, приводящая к представлению о существовании материальной точки и, в конечном счете, пространственно-временной локальности.
В.последние годы экспериментальные подтверждения эффективности процедуры макроквантования получены в прикладной области при описании процессов массообмена [54-66]. Концепция макроквантования рассматривается в этих работах применительно к описанию термодинамического равновесия и ближайшего к нему неравновесного состояния. Здесь приведем типичные фрагменты одного из относительно недавних обзоров, опубликованного в журнале "Успехи физических наук" [67]: "Принцип локальности, используемый при построении, как классической термодинамики необратимых процессов, так и многих других термодинамических теорий, предполагает, что основные законы механики справедливы не только для системы в целом, но и для каждой из ее частей, какой бы малой она ни была. Отсюда следует, что в интегральных законах сохранения для таких систем можно совершать пре дельный переход при стремлении объема интегрирования к нулю и получать эквивалентные законы сохранения в форме дифференциальных уравнений в частных производных, С физической точки зрения такая процедура некорректна, так как среда состоит из микрообъектов (ато-мов молекул, кластеров и т.д.), которые обладают качественно новыми свойствами, несовместимыми с классическими представлениями механики сплошной среды". Далее автор пишет: "В последнее время возрастает интерес к моделям дискретного типа, которые, в отличие от классических континуальных подходов, предполагают, что пространство и время являются не непрерывными, а дискретными переменными. Иными словами, считается, что система состоит из взаимодействующих дискретных объектов, состояние которых изменяется через конечные промежутки времени. Подобный подход используется в механике, гидродинамике, теории роста кристаллов, биологии и т.д."
Элементы гидродинамики вихря в нелокальном подходе
Основным направлением существующих исследований является отыскание модели, которая бы позволяла решать сложные расчетные задачи, и в то же время, оставаться емкой и гибкой по содержанию.
В настоящее время, как уже многократно было сказано, все существующие модели газодинамики вихревого эффекта, как правило, являются полуэмпирическими и лишены самого главного - ответа на вопрос - как термодинамически грамотно описать объект разделения газов в вихревых трубах?
Это предварительное замечание очерчивает круг основных моделей течения, которые использовались различными авторами для математического описания движения газа в вихревых трубах.
Простейшим случаем вихревого движения жидкости или газа является, естественно, вращение всего имеющегося объема как твердого тела вокруг некоторой оси с постоянной угловой скоростью со, при этом скорость кругового движения v элемента жидкости и расстояние R до оси вращения связаны c=const. Такое движение принято называть ква-зитвердиым "твёрдотельным" вращением или вынужденным вихрем (forced vortex).
Другим крайним случаем вращения жидкости или газа является свободный или потенциальный вихрь, который описывается как c/R2 ( где с- некоторый постоянный констант). Для описания плоских течений, промежуточных между свободным и вынужденным вихрем, в зарубежной научно-технической литературе такой составной закрученный поток принято называть вихрем Рен-кина (или свободно-вынужденным вихрем) [1].
В вихревых трубах практически всегда формируется интенсивно -закрученный поток, по своей микроструктуре близкий к составному вихрю Ренкина [1].При этом периферийный вихрь, как уже отмечалось, вращается по закону окружной скорости по радиусу. Приосевой вихрь, вращающийся по закону, близкому к вращению твердого тела с постоянной угловой скоростью.
Форма, а также и некоторые другие основные свойства турбулентных областей в ряде случаев могут быть установлены уже с помощью простых соображений подобия[1].
В качестве примера рассмотрим задачу о бьющей из конца тонкой трубы турбулентной струе, распространяющейся в неограниченном пространстве. На больших по сравнению с размерами отверстия трубы расстояниях струя аксиально симметрична вне зависимости от конкретной формы отверстия.
Введем на основе макроквантового подхода элементарную струю. Тогда струя будет иметь сечение равное максимальному сечению макроячейки. Кроме элементарных струй можно говорить о пакете плоских элементарных струй. Толщина плоской струи будет равно 2г и ширина соответствует размеру входного патрубка трубы. Рассмотрим более детально теоретические положения эффекта
Для обычных спиральных сопел прямоугольного профиля отношение высоты сопла к его ширине составляет h:b=l:2 [1], что позволяет ввести поток в канал в виде узкой по высоте струи. Условия работы вихревых труб таковы, что наилучше значение площади соплового ввода зависит от многих входных и геометрических параметров, определяющих режим работы.
Таким образом, в условиях вихревого потока произойдет сепарация квазичастиц по параметрам (см. стр.25). Сила F как внешняя будет воздействовать на макроячейку НВТ, в которой действует флуктуацион-ная сила Fm (1.7). В результате макроячейка перейдет из одного равновесного в другое динамическое равновесное состояние с соблюдением другого равенства центробежных и центростремительных сил (знаки ). Это другое состояние макроячейки будет отвечать новому значению температуры.
Таким образом, правая часть выражения зависит только от температуры и фундаментальных констант, если не считать зависимость р от температуры. Параметры в левой части зависят от текущего радиуса вихря Rj, поэтому можно записать: (оз2 bR2 NVp)j=arL (2.5)
Из него следует, что определяющим параметром является радиус вихря. Теоретически следует, что уменьшение радиуса вихря всего на 10% от начального приводило бы к снижению температуры выходного потока на 20%, в то время как для получения этого же эффекта за счёт плотности потока требуется его снижение в полтора раза. Гидродинамические особенности вихревого эффекта должны, вероятно, вводиться в выражении (9) на основе имеющихся многочисленных экспериментальных данных.
Обработка экспериментальных данных
Для входного потока рассчитаем через Gc=puFc линейную скорость (зная массовый расход и давление при входе, найдем линейную скорость входного потока) Далее рассчитываем по основному уравнению u2bNp =4п2аТ число плоских элементарных вихрей в пакете у стенки трубы- N. где и- линейная скорость м/с, Ь- ширина щели м, N- число элементарных плоских вихрей в пакете у стенки, р- плотность кг/м3.
В частном случае идеальной системы плотность определяется через уравнение p=PWURT, где Я газовая постоянная Дж/кмоль К.
Таким образом, рассчитывается для этого эксперимента число элементарных и теоретических вихрей в пакете у стенки трубы N-16.
Это означает, что в данном эксперименте у внутренней стенки вихревой трубы участвует присоединенный пакет из 16 плоских макроскопических элементарных вихрей нелокальной термодинамики, для того чтобы обеспечить температуру вихря равной температуре входа. В этом случае использовались исходные экспериментальные данные и практически безотборный режим, без перефева входного потока (см.первую строку в таблице экспериментальных данных, табл.3.2).
Поскольку эксперимент проводился в широком диапазоне отборов холодного (горячего) потока, то опыты с очень малым отбором холодного потока позволяли выйти однозначно на макроскопическую гидроди намическую структуру вихря около стенки вихревой трубы. По экспериментальным данным для этих режимов (относительный отбор холодного потока составлял всего 2,0%). Учитывались все режимные и конструктивные параметры, входящие в формулу (2.6), кроме числа связанных в пакет элементарных макроскопических "твердотельных" вихрей -N. Их оказалось, как уже указывались 16, общей толщиной 2rN=0,l 1мм. Для сравнения заметим, что в этом эксперименте во входном патрубке содержалось h/2r=5I3 плоских макроскопически элементарных струй, а общее потенциально возможное число плоских вихрей составляет на радиусе вихревой трубы, деленнего на диаметр макроячейки, т.е. Это число является теоретически максимально возможное для данной вихревой трубы.
Наиболее сложным, как и ожидалось, было, теоретическое воспроизведение экстремального характера влияния относительного отбора холодного потока в эксперименте (рис.1). С варьированием величины отбора потока гидродинамика усложняется, поскольку изменяются угловая и линейная скорости вихревого потока и их нельзя вычислить на основе входных параметров. Качественно этот вопрос был изложен во второй главе.
Далее приведена расчетная зависимость для линейной скорости, которая сопровождала сравнение основного результата с экспериментом, рассчитанным по основному уравнению для линейной скорости. Расчетный результат представлен в следующей таблице-3.3. Имеется виду, что если мы имеем экспериментальные данные (табл. 3.2), то получим имен но такой эффект, который был при испытании (с помощью обратной задачи).
Решение обратной задачи на основе экспериментальных данных и уравнения (2.6) показало, что при допущении сохранения ранее рассчитанного числа элементарных макроскопических твердотельных вихрей N=16 линейная скорость и будет иметь слабо экстремальный характер с минимумом. Минимум отвечает относительному отбору холодного потока примерно 0,5 (рис3.4). Аналогичную картину можно получить допусти в сохранение постоянной линейной скорости. В этом случае следует признать слабо экстремальный характер числа элементарных вихрей в пакете N. С повышением отбора холодного потока число твердотельных вихрей несколько возрастет. Похожая ситуация о твердотельном вихре в осевой зоне вихревой трубе отмечается экспериментально в работе Гуцол А.Ф. на основе применение скоростной киносъемки. Этот экспериментально установленный факт слабо экстремального поведения произведения vbN и был положен в основу термодинамического метода расчета вихревой трубы в настоящей работе (см, таб. 3.3 и рис 3.4).
Построенный на основе результатов обработки экспериментальных данных и теоретической модели термодинамический метод расчета вихревого эффекта Ранка сводится к следующему: 1. Рассчитывается на основе режимных и конструктивных параметров вихревой трубы: число элементарных макроскопических "твердотель ных" вихрей (N) для режима без перегрева на основе режимных и конст руктивны параметров вихревой трубы: N=4JU2 аТр3 4 ЬЬ2Ал2 2. Проводится анализ полученного результата. Требуемое число макро скопических вихрей должно быть достаточным, чтобы возросшая шири на вихря (Ь) при входе потока в вихревую трубу не снизила числа вихрей до N 1 (разупорядоченность потока). В противном случае макроскопи ческий вихрь перейдет в микроскопический, который перестанет вно сить вклад в эффект охлаждения потока. Для того чтобы избежать этого возможно следует увеличить N против расчетного, войдя тем самым в режим перегрева горячего потока или изменить режимные и конструк тивные параметры аппарата. 3. Рекомендуется радиус отбора горячего потока с ориентацией на т=0,5: Rk=R-(l/2)h 4. Идеальную разупорядоченность потока для макроскопического слу чая проще всего можно оценить с помощью энтропии Шеннона для двух исходов (потоков) при т=0,5: Твх Тх = - = Я = -т1пт-(1-т)1п(1-ст)=1п2 = 0,б93. ei ex 5.
Непременное условие образования макроскопических вихрей для реализации эффекта Ранка было подтверждено также обработкой экспериментальных данных на вихревой трубе диаметром в два раза большем, чем в основном эксперименте.
Похожие диссертации на Моделирование процесса температурного разделения газа (эффект Ранка) на основе расширенной версии термодинамики
