Научно-производственное объединение
Энерго-Транссоник
г. Москва, Красноказарменная ул., дом. 17, МЭИ
Тел.: (495) 362-73-73, (495) 362-79-95
E-mail: office@etstsa.ru admin@etstsa.ru
СТРУЙНО-ФОРСУНОЧНЫЙ АППАРАТ
Теоретические основы
(По материалам публикаций проф.В.В.Фисенко)
Трансзвуковой аппарат "Транссоник" (ТСА) является принципиально новым решением, позволяющим отказаться от металлоемких, малоэффективных, морально устаревших технологий в энергопотребляющих отраслях. ТСА может служить одновременно и теплообменником (конденсатором) и насосом.
Принцип действия ТСА построен на том, что скорость звука в двухфазной среде (например, пар и вода) существенно ниже, чем в каждой из фаз.
Теоретические основы расчёта аппарата разработаны профессором В. В. Фисенко и защищены соответствующими патентами.
На рис.1 представлена зависимость скорости звука в гомогенной двухфазной смеси от объемного соотношения фаз:
β=Vг/(Vг+Vж) , гдеVг- объем газа в смеси Vг+Vж - объем смеси.
Скорость звука, м/с
Рис. 1. Кривая зависимости скорости звука в гомогенной двухфазной смеси от объёмного соотношения фаз.
Скорость звука в жидкости (например, в воде при обычных условиях) достигает почти 1500 м/с, в чистом газе (пар) при тех же условиях она составляет 330 м/с. Если смешать их в соотношении 1:1, скорость звука в такой смеси при обычных условиях будет всего около 20 м/с, что, очевидно, во много раз меньше, чем скорость звука не только в жидкости, но и в газе.
Следовательно, однородная двухфазная среда более сжимаема, чем чистый газ.
На Рис. 2 схематически показана внутренняя проточная часть ТСА, а на рис. 3 -распределение давления внутри аппарата.
Рис. 2.Схема внутренней проточной части ТСА.
Пар, поступающий в аппарат через сопло, смешивается между сечениями II и III с водой, которая входит в кольцевое пространство (Рис.3) При этом на входе в цилиндрический канал образуется гомогенная двухфазная смесь, скорость течения которой выше, чем локальная скорость звука.
Рис. 3.Графики распределения давления внутри аппарата.
Непосредственный переход через скорость звука в адиабатном канале постоянного сечения невозможен, поэтому возникает скачок уплотнения, вызывающий "схлопывание" пузырьков пара. После скачка уплотнения устанавливается гидродинамический режим, при котором на выходе из аппарата получается жидкость с более высокой температурой, чем на входе.
После смешивания пара с водой возникает гомогенная двухфазная смесь, скорость которой на входе в конфузор равна 50 м/с, что во много раз меньше, чем скорость звука в паре (500 м/с) и тем более в жидкости (1500 м/с). Скорость звука в такой смеси в зоне вакуума, перед скачком давления может снизиться до 5 м/с. Б этом случае число Маха M=w/a, представляющее собой отношение скорости потока к скорости звука в данном потоке, достигнет 10. Интенсивность скачка давления (от Р1 до Р2) пропорциональна квадрату числа Маха, т.е. в представленном примере давление после скачка может быть почти в сто раз выше давления до него; теоретически соотношение Р1/Р2 может достигать 1000.
У аппаратов ТСА принципиально иная энергетика процесса в сравнении с традиционными устройствами. Как правило, превращение тепловой энергии в кинетическую и, наконец, в работу сверхзвукового потока (реактивная тяга в летательных аппаратах, процессы в паровых и газовых турбинах, турбокомпрессорах) происходит традиционным путем - за счет увеличения скорости потока(числитель формулы Маха), что сопровождается большими энергетическими потерями. В ТСА значение Ml достигается за счет уменьшения скорости звука (знаменатель в формуле Маха) при очень незначительных скоростях потока, т.е. затраты энергии относительно малы.
Отличительным признаком ТСА в части гидродинамики является то, что давление потока на выходе аппарата может быть во много раз выше, чем давление воды и пара на входе в аппарат. При этом, в отличие от обычных перекачивающих насосов, производительность аппарата ТСА, работающего как насос, не меняется при изменении противодавлениявсети. ТСА можетбытьэффективно использован в качестве насоса, нагревателя (охладителя), дозатора, смесителя, гомогенизатора в самых различных областях энергетики, химии, экологии, фармацевтике, в молочной и пищевой промышленности.
В настоящее время наибольшее распространение у нас в стране и зарубежом получило использование "Транссоника" в отопительных системах и системах горячего водоснабжения.