Олег Жолондковский - Внимание, воздух !

ВИХРЬ В ТРУБЕ

Для удаления газов и одновременной их очистки от пыли необходимо очень простое и эффективное устройство, не требующее больших затрат электроэнергии. А если применить эжектирующее устройство дымовой трубы для того, чтобы с его помощью улавливать несгоревшие частицы? Оказывается, это возможно! Нужно только повернуть насадок трубы вниз. Частицы, идущие по трубе с большой скоростью, обладают инерцией,

которой достаточно для того, чтобы при повороте газового потока на 180° они продолжали двигаться по прямой. Изобретение под названием "Устройство для очистки потока газа и пыли" использует именно этот эффект. Сразу за срезом опускного участка трубы установлен конус с отверстием, в которое и пролетают по инерции твердые частицы, а для того чтобы очистку сделать эффективной, вокруг пылевого потока создается еще завеса из чистого воздуха. Как и в эжектирующем устройстве, здесь образуется прозрачный кольцевой канал, препятствуюший проникновению пылинок из грязного потока в атмосферу.

Щель, через которую в корпус пылеуловителя проникает чистый воздух, долгие годы специалисты считали вредной. Ведь воздух, примешиваясь к очищаемому газу, балластирует его -- увеличивает объем, следовательно, и увеличивается расход электроэнергии на транспортировку. Но если так рассуждать, то и вода вредна в системе газоочистки! А ведь скоро 100 лет, как запыленный поток очищают путем орошения водой. Метод эффективный, но... связанный с решением другого вопроса: куда девать отработавшую в пылеуловителе воду. В этом отношении воздух, подаваемый в корпус пылеуловителя, намного удобней. В отличие от воды он ничего не стоит, и его сброс можно осуществить прямо в атмосферу. Главное, чтобы он был чист.

В последние годы появились новые устройства для улавливания пыли -вихревые. В их корпуса через кольцевые щели с направляющими лопастями подается воздух, создающий вихрь, который собирает пылинки в общий концентрированный поток. В природе такие вихри можно наблюдать в жаркий день на пыльной дороге. Они возникают в восходящем токе воздуха, живут несколько секунд и исчезают. В вихревом пылеуловителе вращающийся поток существует за счет вторичного воздуха, создающего "подкрутку", пыли. Пылевой вихрь, которого еще не так давно боялись как порождения нечистой силы, стал служить охране природы. И теперь если сказать про какой-нибудь завод, что у него "дым пожиже, а труба пониже", чем у соседей,-- это значит похвалить его. Но разговор о вихревом эффекте на этом не кончается, мы еще не раз вернемся к нему.

НЕМНОГО О ВИХРЯХ

ВИХРЕВЫЕ "ДЕМОНЫ МАКСВЕЛЛА"

В 1858 г. Г. Гельмгольц разработал теорию круговых потоков в идеальной жидкости и пришел к выводу, что в центре ядра существует некий цилиндрический столбик, который вращается подобно твердому телу. Это открытие дополнил Ж. Ранк. Он установил, что в высокоскоростном вращающемся потоке происходит "самопроизвольный отсос тепла" от воздеосевых слоев вихря к периферийным. При этом температура первых понижается, а вторых повышается по сравнению с первоначальным уровнем.

Автор открытия не сумел дать ему теоретического обоснования. Он изобрел вихревой холодильник и эжектор для отсоса газов, но добиться сколько-нибудь приемлемого коэффициента полезного действия не смог. Его современники проводили аналогию между вихревым разделением энергии и работой "демона Максвелла", полагая, что в вихревой трубке происходит сортировка горячих (быстрых) и холодных (медленных) молекул. Действительно, в вихревом потоке одна его часть нагревается, а другая охлаждается, но убедительных данных в пользу гипотезы о сепарации на молекулярном уровне до сих пор нет. Некоторые современные ученые придерживаются мнения о взаимодействии вихрей, в соответствии с которым действие механизма вихревого энергоразделения выявляется в макроскопических масштабах -- при турбулентных пульсациях в поле центробежных сил последовательные многократные сжатия и расширения воздуха в вихре приводят к появлению радиального перетока тепла от оси к периферии. Однако и эта гипотеза до сих пор не имеет достаточно веских научных обоснований. Как бы в напоминание об этом председатель координационного совета по вихревой технике профессор А. П. Меркулов перед началом заседаний спрашивает собравшихся, не привез ли с собой кто-нибудь теоретическое обоснование вихревого холодильника. Но... Пока что имеются чисто практические достижения.

Как это часто бывает, отсутствие четкой теоретической базы на долгие годы задерживает применение изобретений на практике. "Техника преследует пользу, а наука -- истину", но значит ли это, что нужно воздерживаться от замечательных изобретений, созданных на основе вихревого эффекта? Многие советские и иностранные инженеры ведут разработки в этом направлении. Заведующий лабораторией вихревой техники заслуженный изобретатель Латвийской ССР кандидат технических наук А. И. Азаров разработал вихревой холодильник, коэффициент полезного действия которого приближается к коэффициенту полезного действия компрессорного, хотя его вес .в несколько раз меньше. Сейчас аппараты уже выпускаются серийно для использования в транспортной технике: в кабинах тепловозов, электровозов и автомобилей. Вихревые холодильники хороши для предотвращения перегрева резцов, обрабатывающих особо твердые сплавы, а также для кондиционирования воздуха в кабинах крановщиков.

60% всех патентов, выданных на усовершенствование вихревых трубок во всем мире, принадлежит изобретателям из СССР. Здесь не только холодильные машины и эжекторы.

У ряда славянских народов бытовало поверье, что в вихре обитает нечистая сила и стоит бросить в него серп, вихрь распадется, и только капли росы останутся на серпе. Это и есть кровь дьявола. В балладе "Кубок" поэт В. Жуковский пишет о том, что юноша паж нырнул в море за кубком и попал в водоворот:

И вдруг мне навстречу поток;

Из трещины камня лилася вода;

И вихорь ужасный повлек

Меня в глубину с непонятною силой...

И страшно меня там кружило и било.

С точки зрения гидроаэродинамики, обе ситуации вполне достоверны. Попав в .центр вихря, серп мгновенно охлаждается и после разрушения смерча тут же запотевает, капельки росы -- это конденсат из воздуха. Вихревой же поток, увлекший пажа, как песчинку, вниз, также не идет в разрез с наблюдениями ученых. В воде действуют такие же процессы, как и в воздухе. Далее Жуковский пишет, как паж сначала зацепился за подводную скалу, а потом оттолкнулся и попал в центр вихря: "То было спасеньем: я схвачен приливом и выброшен в верх водомета порывом". Действительно, в эпицентре вихрь имеет восходящий поток.