Тем не менее усиление кавитационных эффектов вполне возможно путем создания
механически элегантного и термодинамически высокоэффективного устройства, обеспечивающего
достаточное повышение температуры в жидкости. Это позволило бы создать необходимые
предпосылки для инженерно-конструкторской разработки системы для автономного
производства тепла и горячей воды в жилых и общественных зонах; системы, использующие
устройства, характерной особенностью которых являются вращающиеся детали (шнеки),
которые посредством прогона жидкости через дополнительные каналы приводят к
суммарному увеличению эффективности кавитационных процессов.
Эта цель достигается тем, что обычная трубка Вентури снабжается шнеком, вращающимся
за счет потока жидкости, циклично перекрывая дополнительные каналы - пазы, оканчивающиеся
отверстиями, которые в свою очередь выходят в зону кавитации. Инженерно-конструкторское
решение такого кавитатора иллюстрируется рисунком.
Кавитатор представляет собой корпус 1, внутри которого осесимметрично размещена
втулка 2 (аналог трубки Вентури) с центральным отверстием, которое выходит в
зону кавитации. На втулке 2 со стороны прихода потока жидкости рзмещен шнек
3, который при своем вращении последовательно перекрывает пазы 5, выполненные
во вставке 4 с отверстиями 6, выходящими в зону кавитации. Вставка 4 жестко
насажена со стороны выхода потока жидкости из кавитатора.
В качестве материалов для изготовления кавитатора могут быть использованы простые
стали, если теплоносителями являются обычная вода и другие инертные жидкости,
или специальные стали и металлы, если теплоноситель химически активен. При этом
втулка 2 и вставка 4 могут быть выполнены как одно целое.
Рассматриваемый кавитатор работает следующим образом. При принудительном движении
жидкости за выходным отверстием втулки 2 вследствие перепада давления создается
зона развитой кавитации, которая резко усиливается циклическим срывом в эту
зону кавитирующей жидкости из отверстий 6, поочередно перекрываемых вращающимся
шнеком 3.
Практические испытания кавитатора были проведены на аппарате, состоящем из замкнутого
гидравлического контура длиной L=40м (внутренний диаметр трубы d=25 мм), насоса
(h=0,60), электродвигателя (h=0,84) и собственно кавитатора. В качестве теплоносителя
использовалась обычная вода. В ходе испытаний осуществлялась регистрация входных
электрических характеристик: мощности, напряжения и тока. Кроме того, регистрировались
время экспериментального цикла, а также изменения в аппарате температуры и давления
воды.
В качестве рабочего диапазона температур выбран интервал 40-60 С - типичный
для отопительных систем жилых помещений.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Для сравнения в ней приведены данные параллельных контрольных испытаний кавитаторов
типа трубки Вентури, имеющих близкие значения сечений внутренних каналов.
Обозначения в таблице:
S - значение рабочих сечений внутренних каналов кавитатора
t - время подъема температуры в аппарате от 40 до 60 градусов С;
Q - увеличение теплосодержания аппарата за время экспериментального цикла;
h - коэффициент преобразования вводимой в аппарат энергии в тепловую (при этом
не учтена энергия на теплоизлучение в помещение и конвекцию воздуха)
Оценка по формуле Стефана-Больцмана дает потери на излучение Еизл.
= 1,24 МДж. Таким образом, реальный КПД аппарата, оснащенного рассматриваемым
кавитатором, будет не менее
hапп= (3,74+1,24)/5,36 = 0,93. Это означает, что КПД собственно кавитатора (достигая
значения hкав =1,95, т.к. фактически вводимая в него кинетическая энергия вследствие
не 100% -ой производительности насоса и электродвигателя вдвое меньше) на самом
деле hапп и hкав значительно выше, так как, по-прежнему остается не учтенной
энергия, затарченная на гравитационную конвекцию воздуха.
Анализ результатов испытаний, приведенных в таблице, показывает, что кавитатор
рассматриваемой конструкции при прочих равных условиях демонстирует более высокую
по сравнению с существующими степень преобразования вводимой в гидравлический
контур электрической энергии в тепловую. В связи с этим можно считать, что использование
такого кавитатора в отопительных системах и других нагревательных устройствах
различного назначения имеет вполне благоприятную перспективу. Кавитатор для
гидрофизических теплогенераторов защищен патентом РФ.
