Полноценный вихревой многомерный поток на выходе статического коаксиально-ленточного завихрителя формируется сложением отдельных многомерных закрученных “нитей” с собственным орбитальным, тангенциальным, радиальным и аксиальным векторами вращения. В свою очередь, отдельные многомерные вихревые “нити” с собственным орбитальным, тангенциальным, радиальным и аксиальным векторами вращения формируются на выходе отдельных ленточных завихрителей с одинаковым направлением крутки.

Конструкция

Конструктивно статический коаксиально-ленточный завихритель выполняется в виде нескольких тонких металлических лент одинаковой ширины и геометрии, имеющих угол предварительной крутки, например, 45 градусов. Ленты устанавливаются коаксиально: один завихритель вложен в следующий по принципу «оболочки в оболочке». На представленном рисунке № 4 схематически изображена технология сборки такого устройства.

Рис. № 4. Технология изготовления статического коаксиально ленточного завихрителя.

Важно отметить, что каждая последующая лента монтируется с противоположным направлением крутки относительно предыдущей.

Эффективность работы и экспериментальная верификация

Результаты опытно-конструкторских разработок (ОКР) свидетельствуют о высокой эффективности предложенного подхода. В серии экспериментов использовалась электрическая воздуходувка мощностью 1 кВт, создающая поток воздуха со скоростью до 96 м/с.

При установке на выходе данной воздуходувки экспериментального коаксиально-ленточного завихрителя, визуальные наблюдения посредством бумажного маркера с нулевым углом атаки показали устойчивую циркуляцию и вращательное движение маркера даже на расстоянии до 4 метров от выхода установки. Это подтверждает наличие высокоорганизованного, устойчивого и протяжённого вихревого многомерного потока.

Для сравнения, при использовании классических типов линейных завихрителей – таких как:

– Многолепестковый завихритель,

– Шнековый завихритель,

– Одинарный ленточный завихритель,

вихревой поток визуализировался маркером только в пределах 0,5 метра, что указывает на его малую мерность и низкую инертность.

Выводы

Таким образом, статический коаксиально-ленточный завихритель позволяет преобразовать поступательный линейный поток среды в многокомпонентный, трёхмерно закрученный вихревой поток. Такой поток, по своей структуре, аналогичен многожильной канатной свивке, где каждая индивидуальная «нить» обладает собственными радиальными, аксиальными и тангенциальными составляющими скорости.

Конструктивные особенности устройства, основанные на коаксиальном расположении лент с чередующимися направлениями крутки и наличием заглушек на конце, позволяют:

– Существенно увеличить устойчивость и дальнодействие вихревого потока;

– Повысить степень закрутки и мерность вихревого поля;

– Интенсифицировать такие процессы, как перемешивание, сепарация, охлаждение, сушка, разделение фаз и др.;

– Смоделировать явления, аналогичные природным многомерным вихрям (смерчи, циклонические спирали).

Заявленный статический коаксиально-ленточный завихритель представляет собой эффективную альтернативу существующим способам возбуждения и формирования закрученных потоков и может быть перспективен для широкого спектра применений в аэродинамике, энергетике, экологии, технологиях очистки и химической переработки.

По своему физическому поведению такие потоки формируют новое направление во флюидодинамике – создание и прикладное использование контролируемых многомерных вихревых структур, что также может служить отправной точкой для новых научных исследований и НИР в смежных областях.