Завещающий этап эксперимента – детонационное горение в вихревой прямоточной трубе Ранка-Хилша.

В вихревой трубе использовались три съёмных конуса с углом раскрытия в 45 градусов и диаметрами проходных сечений: 60, 50 и 40 мм, см. рис. № 4.

Рис. № 4. Внешний вид прямоточной вихревой трубы в сборе.

Температуры выходных потоков планировалось измерять по цвету свечения.

– Жёлто-оранжевый – 800–1100 °C,

– Ярко-жёлтый – 1200–1300 °C,

– Белый с голубизной – 1400–1600 °C.

Результат эксперимента подтвердили ошибочность постоянства направления температурного разделения. Что приосевой выходной поток всегда имеет более низкую температуру, чем периферийный.

Визуализация и цвет (температура) двух потоков детонационно-вихревого горения на выходе из прямоточной трубки Ранка-Хилша представлена на рис. № 5.

Рис. № 5. Визуализация двух потоков (холодного и горячего) детонационно-вихревого горения с температурными разделениями по цветовым оттенкам.

Наблюдаемое температурное разделение:

– Центральный (осевой) поток. Цвет – белый, пламя интенсивное. Температура по визуальному анализу – 1500 C или выше.

– Периферийный поток. Цвет – тускло-оранжевый или полноцветный с признаками неполного горения. Температура – ниже 1000 C.

На фото видно, что приосевой выходной поток детонационно-вихревого горения имеет более высокую температуру, чем выходной периферийный поток детонационно-вихревого горения. Результат эксперимента подтвердил ошибочность утверждения постоянства направления температурного разделения, что приосевой выходной поток всегда имеет более низкую температуру, чем периферийный.

Вывод:

Проведённые экспериментальные исследования подтвердили, что направление температурного разделения в вихревой трубе не является строго фиксированным (универсальным) и может изменяться в зависимости от начальных термодинамических условий, параметров подаваемого потока и теплофизических характеристик конструкции трубы.

На основании наблюдений, полученных при подаче в прямоточную вихревую трубу высокотемпературного (детонационного нагретого) газа, было установлено, что центральный (приосевой) поток может иметь температуру выше, чем периферийный. Это свидетельствует о наличии и действии инверсного вихревого эффекта, суть которого заключается в изменении направления терморазделения относительно классической модели Ранке–Хильша.

Таким образом, утверждение о том, что в вихревой трубе осевой поток является всегда более холодным, чем периферийный – не является универсальным законом, а работает только в определённых условиях (при подаче сжатого, но умеренно нагретого воздуха).

Картина температур, визуализированная по цвету свечения пламени на выходе из трубы (рис. 5), показала чёткое различие: центральный поток имел высокий уровень яркости и белый/голубоватый оттенок, соответствующий температуре порядка 1500 C, в то время как периферийный поток имел тёмно-оранжевый цвет, указывающий на существенное понижение температуры.

Это говорит о том, что терморазделение в вихревой трубе может происходить в обратном направлении, и его характер определяется следующими ключевыми факторами:

1. Температура и энергия входного (вихреобразующего) потока.

2. Температура стенок и корпуса вихревой трубы, регулирующая теплообмен с периферийным потоком.

3. Конструктивные особенности (диаметр камеры, длина и глубина закрутки, форма сопел).

Результаты вводят фундаментальные корректировки в современные термогазодинамические предпосылки работы вихревых труб.

Открытие инверсного вихревого эффекта формирует новую научную основу для:

– проектирования терморасщепляющих устройств;