Внимание! Для использования программы «КХТ» ознакомьтесь с приложением А.

6. Включите модуль элемента Пельтье, используя выключатель (см. рис. 12, позиция 2).

7. Произведите замеры и результаты занесите в таблицу 1.

Внимание! Для измерения температуры холодной поверхности используется пирометр. Необходимо снять с него крышку, установить пирометр на расстоянии 15 − 20 см от холодной поверхности и снять показания. После выполнения измерения закрыть крышку пирометра.

8. Провести расчеты согласно требованиям «Методики и технике проведения эксперимента по изучению явления Пельтье».

9. По требованию преподавателя сохранить показания с датчиков в указанном месте.

10. Выключить учебное оборудование.

11. Подготовить отчет.

Лабораторная работа №3 «Изучение эффекта вихревой трубы»

Сущность вихревого эффекта. Конструкции вихревых труб. Вихревой эффект, или эффект Ранка, проявляется в закрученном потоке вязкой сжимаемой жидкости и реализуется в устройстве, называемом вихревой трубой (трубой Ранка-Хилша, вихревым энергоразделителем, вихревым холодильником). Суть вихревого эффекта заключается в разделении газа при закручивании в цилиндрической или конической камере на два потока. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре − закрученный охлажденный поток, причем вращение в центре происходит в другую сторону, чем на периферии. На рисунке 1 представлена одна из возможных конструкций вихревой трубы.

Рис. 1. Схема вихревой трубы:
1 − сопловой ввод; 2 − камера энергоразделения; 3 − диффузор холодного потока; 4 − развихритель горячего потока; 5 − сопловой сужающийся канал

При втекании газа через сопло образуется интенсивный закрученный поток, приосевые слои которого охлаждаются и отводятся через осевое отверстие диафрагмы в виде холодного потока, а периферийные слои нагреваются и вытекают через дроссель в виде горячего потока.

По мере прикрытия дросселя общий уровень давления в вихревой трубе повышается, и расход холодного потока через отверстие диафрагмы увеличивается при соответствующем уменьшении расхода горячего потока. При этом температуры холодного и горячего потоков также изменяются.

В результате многочисленных экспериментальных исследований создано несколько конструктивных вариантов вихревых труб.

Основным их различием является конструктивное выполнение тангенциального соплового входа сжатого газа, и длины цилиндрической части (вихревой зоны) трубы.

Разработанные Р. Хилшем вихревые трубы имеют один круглый утопленный тангенциальный сопловой вход и входную улитку прямоугольного сечения, ввиду чего на срезе сопла образуется зона завихрения.

В конструкции В. С. Мартыновского и В. П. Алексеева этот недостаток устранен. Они предложили тангенциально-лотковый вход, имеющий два круглых наполовину утопленных в теле трубы сопловых входа, переходящих в лоток. Подобная конструкция позволила устранить зону завихрения и улучшить эффективность вихревой трубы, хотя и усложнила изготовление соплового входа.

Оптимальной длинной вихревого участка трубы (расстояние от соплового входа до дросселя горячего конца) авторы двух рассмотренных выше конструкций считают 50 диаметров (калибров) трубы.

Конструкция Меркулова А. П. имеет сопловой вход прямоугольного сечения и прямоугольную входную улитку, построенную по спирали Архимеда, что обеспечивает устранение зоны завихрения на сопловом срезе при сохранении простоты конструкции.

Второй особенностью этой конструкции является сокращение длины вихревой участка до 9 калибров, осуществляемое за счет установленной перед дросселем горячего потока спрямляющей четырех лопастной крестовины.

Введение этих двух элементов позволили еще более повысить эффективность вихревой трубы и сделать ее значительно компактнее.