Функциональная основа работы заключается в преобразовании прямолинейного (ламинарного) воздушного потока в многомерную вихревую структуру путём его прохождения через неподвижную систему закручивающих элементов, установленную согласно потоку строго по его оси.

Конструктивное исполнение

Система представляет собой статически размещённую спиральную гребёнку, состоящую из множества одинарных ленточных завихрителей, равномерно распределённых по сечению канала и направленных вдоль вектора движения потока. Все элементы конструкции ориентированы соосно движению среды, обеспечивая согласованную трансформацию вектора скорости при прохождении потока через зону завихрения.

Такое размещение способствует формированию устойчивого, интенсивного и на больших расстояниях сохраняющегося вихревого потока, обладающего следующими ключевыми характеристиками:

– Многомерная структура с наличием тангенциальной, аксиальной и радиальной составляющих вектора скорости;

– Пространственная спиральная форма движения потока;

– Высокая степень самостабилизации и направленности;

– Вихревая структура, схожая с природными вихрями (например, смерчем).

На рис. № 2 отображено конструктивное исполнение системы в виде гребенчатого размещения отдельных ленточных завихрителей с наружным диаметром 100 мм.

Рис. № 2. Система ленточных бес корпусных завихрителей

Механизм формирования потока

Прямолинейный (ламинарный) поток (жидкости или газа) при входе в систему проходит через спиральную гребёнку ленточных завихрителей. Геометрическая форма и ориентация завихрелепестков задают сильное винтовое и орбитальное вращение потоку. В результате на выходе из всей системы формируется устойчивый многовекторный вихревой поток, подобный текстильной или канатной сплетённой структуре: так называемая "канатная вихревая свивка", где каждая отдельная вихревая "нить" имеет собственный вектор закрутки и вращения.

Экспериментальная проверка

Экспериментально подтверждена работоспособность и эффективность предложенной конструкции системы бескорпусных ленточных завихрителей. Для проверки применялась стандартная садовая электрическая воздуходувка мощностью 1,5 кВт. Ламинарный поток воздуха подавался через спрямляющий патрубок диаметром 40 мм и длиной 200 мм в статическую гребёнку из ленточных завихрителей с наружным диаметром 100 мм.

Результаты эксперимента показали:

– На выходе системы формируется стабильный, компактный закрученный поток диаметром 100 мм и длиной свыше 2 метров;

– Угол раскрытия (конусности) вихря составляет не более 2 градусов;

– Вихревой поток визуализируется классическим механическим методом с использованием лёгкой тестовой пластинки (бумажной или фольгированной), вращающейся под воздействием потока с нулевым углом атаки;

– Поток устойчивый, не рассеивается на длине 2 метров, что указывает на высокую мерность и структурную согласованность формирования вихря.

Форма потока по характеру схожа с "хоботом" торнадо или смерча, развивающимся в атмосферных условиях.

Для дальнейшего повышения эффективности или нацеленного управления вихревой структурой возможен подбор определённой частоты завихрения, количества витков, вариаций угла наклона ленты, изменения межосевого расстояния между завихрителями, а также конфигурации выходной зоны (раструбов, сопел, сопок и т.д.).

Выводы

– Предложенная система ленточных бескорпусных завихрителей позволяет эффективно преобразовывать ламинарный поток среды в пространственно-устойчивую вихревую многомерную структуру;

– Полученный закрученный поток обладает высокой степенью упорядоченности, большой протяжённостью и направленной стабильностью;