Сегодня высшее достижение коэффициента энергоэффективности EER для кондиционеров с парокомпрессионной холодильной машиной равно величине 4,15 (например, некоторые кондиционеры фирмы DAIKIN).

Возникает вопрос: каким образом воздушная холодильная машина, а ВТР и ЭЭВТР именно ими и являются, может достичь энергоэффективности равной энергоэффективности парокомпрессионной холодильной машины? Ответ: за счет того, что в парокомпрессионной холодильной машине холодильный цикл (кольцевой процесс) один, а в ВТР и ЭЭВТР этих циклов безмерное количество последовательно параллельных цепочек, работающих в конечном итоге на общий результат. Следует подчеркнуть, что в классической ВТР, идущие в ней процессы "задавлены" непродуманным конструтивом ее отдельных элементов.

Чтобы не быть голословным, предлагаю рассмотреть конструктив конкретного элемента классической ВТР, например, соплового ввода Меркулова.

В отечественных первоисточниках, например [1], [2] и [3], посвященных классической ВТР, сопловой ввод, предложенный А.П. Меркуловым (прямоугольное сопло и следующая за ним прямоугольная улитка, построенная по спирали Архимеда) объявляется наиболее технологичным для производства и эффективным в работе устройством среди устройств подобного назначения. Насколько данное утверждение соответствует действительности? Для того чтобы ответить на поставленный вопрос рассмотрим некоторые конструктивные особенности соплового ввода Меркулова.

На входе классической ВТР мы имеем конструктивную цепочку из следующих элементов: магистрали подвода сжатого газа - прямоугольного сужающиеся сопла - прямоугольной улитки, построенной по спирали Архимеда - собственно вихревой трубы. Работает эта цепочка следующим образом: сжатый газ по магистрали подводится к соплу, разгоняется в нем до критической (звуковой) скорости (если перепад давления между его входом и выходом не менее чем критический) и затем улиткой распределяется по окружности вихревой трубы.

Вроде бы все нормально, вот только распределение осуществляется с одновременным подъемом разогнанного до критической скорости газа (с большего радиуса улитки к ее меньшему радиусу). Тонкости процесса можно рассмотреть на конкретном примере (характеристики ВТР можно взять из первоисточника [1], стр. 62-64). И что же получается в цифрах? Расход газа: незначительный, всего 0,0278 кг/сек, а высота его подъема совсем мизерная: примерно 2,6 мм.

О каких величинах вообще идет речь? О каких-то граммах и миллиметрах? Да, верно - о граммах и миллиметрах, и все из-за того, что поток газа прижимается к внешней стенке улитки с большой силой обусловленной фантастическим ускорением - равным примерно 10,86÷106 м/сек² (перегрузка больше миллиона g).

А суть допущенной ошибки заключается в том, что улитка размещена после сопла, т.е. сначала поток разгоняют, а потом его распределяют, поднимая от периферии на орбиту с меньшим радиусом.

Вывод для приведенного примера. Не следует поднимать уже разогнанный поток газа против действия центробежных сил! Это очень затратный процесс! Кроме того, не следует забывать, что часть кинетической энергии газового потока при движении по каналу улитки из-за интенсивного трения о ее стенку переходит в тепловую энергию (очень трудно объяснить с точки зрения здравого смысла необходимость такого перехода).

Но самым поразительным является то, ради чего создавалась такая конструкция, в полной мере не выполняется! Равномерность распределения расхода газа улиткой по окружности трубы весьма условная. Нет стабильности по остальным параметрам в сечении соплового ввода трубы (речь идет о давлении газа, его скорости и температуре). Как результат, вынужденный (охлажденный) поток газа в поперечном сечении классической ВТР не является круглым, а главное - не обеспечивается соосность вынужденного (охлажденного) потока газа с отверстием диафрагмы (нет полного совпадения), а это опять потери.

Кстати, торможение газа в улитке усугубляет ситуацию с таким негативным явлением, присутствующим в классической ВТР, как проникновение пограничного слоя диафрагмы в холодный поток.

Неравномерность параметров в сопловом сечении классической ВТР с сопловым вводом Меркулова подтверждается множеством результатов, полученных при численном моделировании процессов в ней. Визуализация процесса идущего в ВТР происходит за счет использования различных цветов, каждой температуре (давлению, скорости) соответствует свой цвет. Очень информативная технология! (В сети Интернет доступны цветные фотографии, посвященные этой теме).

Таким образом была рассмотрена только одна особенность соплового ввода Меркулова, присущего классической ВТР, а особенностей у соплового ввода Меркулова, как элемента ВТР, гораздо больше, да и элементов в составе ВТР пригодных для улучшения их параметров достаточно.

Не имея достоверной теории ВТР, ее разработчики "на ощупь" создали, причем достаточно давно, ее классический вариант. С тех давних пор, все попытки нащупать что-либо стоящее в конструкции ВТР "на ощупь", больше не приводили к существенному положительному результату. А в последние 12÷15 лет наметилось полное "затишье" в деле разработки теории ВТР (если не считать небольших статей-отчетов о проделанной работе, сделанной на отечественные и иностранные гранты).

Все теоретики классической ВТР, кто имел такое желание, высказались, а практики проверили предложенные теории. На данный момент, результат, в части повышения коэффициента энергоэффективности EER классической ВТР, равен "0".

Перспективы.

ЭЭВТР с коэффициентом энергоэффективности EER равным 3,5÷4 единицам позволит решить много насущных проблем. Например, можно сжижать природный газ с меньшими затратами, решать проблемы кондиционирования воздуха в современных самолетах (самолеты делаем из углепластика, а воздух кондиционируем в них тяжеловесным "дедовским" способом). Это как раз примеры практического использования когда даже относительно небольшое тиражирование ЭЭВТР позволит окупить все затраты на ее разработку, патентование и внедрение.