Способ создания системы потоков в рабочей камере тепломассообменного аппарата и тепломассообменный аппарат

Способ создания системы потоков в рабочей камере тепломассообменного аппарата и тепломассообменный аппарат

Реферат

 

Изобретение относится к способам воздействия на поток текучей среды и может найти применение преимущественно в тепломассообменных аппаратах, использующих газообразные, жидкие или дисперсные системы. Сущность изобретения: жидкую или газообразную текучую среду формируют в виде первичного трубообразного потока 59, имеющего вращательно-поступательное движение вдоль оси 10 рабочей камеры 4. На границе пространственной области 63, которая расположена вблизи оси камеры 4, первичный поток 59 преобразуют во вторичный поток 64, направленный преимущественно к оси камеры 4. На текучую среду вблизи оси 10 камеры 4 накладывают возмущение с образованием внутри пространственной области 63 зоны взаимодействия 65 и продукта взаимодействия. Образующийся продукт взаимодействия выводят из зоны взаимодействия в виде струи внутри первичного трубообразного потока 59 в направлении, противоположном направлению поступательного движения этого потока. Преобразование трубообразного потока 59 в противоположно направленный струйный сопровождается эффектом всестороннего поступления текучей среды в область, где происходит изменение направления течения на противоположное, что приводит к всестороннему гидродинамическому обжатию зоны взаимодействия 65. Варьирование конфигурации первичного потока 59, интенсивности его вращения и расхода текучей среды в этом потоке позволяет видоизменять форму зоны взаимодействия 65, регулировать поступление текучей среды в зону взаимодействия 65 и распространение продукта взаимодействия из этой зоны. Способ реализуется тепломассообменным аппаратом, в котором на внутренней поверхности рабочей камеры 4 предусмотрено средство для торможения потока, например крышки 6 камеры 4, а продольные и поперечные размеры последней выбраны исходя из соотношения 0,5D < L < kD, где D - максимальный поперечный размер камеры 4, L - длина камеры 4, k - эмпирический коэффициент, равный 5 - 30. Достигаемый результат заключается в создании управляемого взаимодействия системы потоков в камере тепломассобменного аппарата, обеспечивающего управление гидродинамическими процессами в зоне взаимодействия аппарата при одновременной изоляции этой зоны. 2 с. и 28 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способам воздействия на поток текучей среды и может найти применение в аэро- и гидродинамике, преимущественно в тепломассообменных аппаратах, использующих газообразные, жидкие или дисперсные системы.

При проектировании и создании тепломассообменных аппаратов возникает проблема, с одной стороны, предотвращения или минимизации влияния продуктов взаимодействия, протекающего в определенной пространственной области, и непосредственно зоны взаимодействия на ограничивающую среду, преимущественно на стенки проектируемых аппаратов, а с другой стороны, эффективного влияния на зону взаимодействия с учетом специфики протекающего процесса. Необходимость ограничения влияния зоны взаимодействия на ограничивающую среду может быть обусловлена, например, высокой температурой плазмы, пламени и продуктов, образующихся в плазмотронах или камерах сгорания. Используемые для такого ограничения средства обычно приводят и к ограничению возможности внешнего влияния на протекающий процесс из-за возникающих физических препятствий, а также сложности и неустойчивости гидродинамики потоков в зоне взаимодействия. В то же время специфика протекающего процесса в конкретном тепломассообменном аппарате, например механическое перемешивание компонентов в смесительном аппарате, нагрев или охлаждение текучей среды, соответственно, в плазмотроне или холодильнике, химическое взаимодействие, включая горение, в химическом реакторе, высокая коррозионная активность или высокая чистота продуктов в химических реакторах могут потребовать специальным образом организованной подачи текучей среды в зону взаимодействия: равномерной, постадийной, с идеальным вытеснением продуктов, а также придания зоне взаимодействия требуемой формы и размера, ограничения распространения продуктов взаимодействия из зоны взаимодействия и т. п.

Известен способ создания системы потоков в рабочей камере тепломассообменного аппарата (Дресвин С. В., Бобров А. А., Лелевкин В. М. и др. ВЧ- и СВЧ-плазмотроны. Новосибирск: Наука, 1992, с. 16), включающий формирование вне пространственной области первичного потока газа, преобразование первичного потока на границе пространственной области при помощи стенки пористой камеры, определяющей границы этой области, во вторичный поток, направленный преимущественно к оси пористой камеры, наложение на текучую среду возмущающего воздействия в виде высокочастотного электрического поля с образованием внутри пористой камеры зоны взаимодействия - плазменного образования - и продукта взаимодействия - плазмы, которая способна распространяться путем диффузии и конвективного переноса, формирование плазмы в виде потока и отвод плазменного потока из пористой камеры вдоль ее оси. Всестороннее поступление газа гидродинамически отжимает плазму от стенок пористой камеры и, таким образом, уменьшает влияние плазмы на ограничивающие стенки камеры. Способ используется для стабилизации плазмы в высокочастотных плазмотронах.

Недостатком способа является то, что стенка пористой камеры оказывает значительное гидродинамическое сопротивление текучей среде, что существенно ограничивает область применения способа, особенно при использовании многокомпонентных текучих сред. Наличие физической стенки, ограничивающей пространственную зону, практически исключает возможность управления гидродинамическими процессами в зоне взаимодействия. Кроме того, далеко не всякое возмущающее воздействие, например звуковое или световое, может быть наложено на текучую среду. Стенки пористой камеры непосредственно приближены к плазме и поэтому в значительной мере подвержены ее влиянию, что приводит к жестким ограничениям, налагаемым на материал пористой камеры, и значительно усложняет ее изготовление.

Известен также способ создания системы потоков в рабочей камере тепломассообменного аппарата (патент РФ N 2086812, кл. F 15 D 1/00, 1997), включающий формирование первичного трубообразного потока газообразной текучей среды, в общем и целом симметричного относительно оси камеры и имеющего поступательное или вихревое движение, преобразование первичного потока на границе пространственной области, которая расположена вблизи оси камеры, во вторичный, входящий в эту область со всех направлений, кроме направления истечения, наложение на текучую среду внешнего возмущающего воздействия с образованием внутри пространственной области зоны взаимодействия и продуктов взаимодействия, которые способны распространяться путем диффузии и конвективного переноса, формирование продуктов взаимодействия в виде потока и отвод этого потока из пространственной области вдоль оси камеры внутри первичного трубообразного потока текучей среды в направлении, противоположном направлению поступательного движения первичного потока. Формирование текучей среды в виде трубообразного потока, поступающего в ограниченную область, и отвод ее в обратном направлении внутри трубообразного потока сопровождается самопроизвольной гидродинамической изоляцией зоны взаимодействия.

Известный способ реализуется в тепломассообменном аппарате, включающем устройство для создания возмущающего воздействия и рабочую камеру с формирователем трубообразного потока текучей среды, размещенным вблизи первого конца камеры и выполненным с возможностью направления потока ко второму концу камеры.

Известные способ и устройство обладают таким существенным недостатком, как отсутствие управления гидродинамическими процессами в зоне взаимодействия. Самопроизвольное установление границы пространственной области, неконтролируемое преобразование первичного потока во вторичный и неуправляемое распространение продуктов взаимодействия из пространственной области ограничивают возможность применения известного способа в конкретных тепломассообменных аппаратах, к которым предъявляются специфические требования в отношении формы камеры и организации рабочего процесса.

Изобретение направлено на разработку способа создания системы потоков, обеспечивающего управление аэро- и гидродинамическими процессами в зоне взаимодействия тепломассообменного аппарата при одновременной изоляции этой зоны за счет регулирования таких факторов, как поступление текучей среды в зону взаимодействия, диффузионное и конвективное распространение продуктов взаимодействия из этой зоны и придание ей требуемой формы. Изобретение направлено также на создание тепломассообменного аппарата, реализующего заявленный способ.

Поставленная задача решается тем, что в способе создания системы потоков в рабочей камере тепломассообменного аппарата, включающем формирование первичного трубообразного потока текучей среды, в общем и целом симметричного относительно оси камеры и имеющего вращательно-поступательное движение вдоль этой оси, преобразование первичного потока на границе пространственной области, которая расположена вблизи оси камеры, во вторичный поток, направленный преимущественно к оси камеры, сообщение вторичному потоку поступательного движения, противоположного направлению поступательного движения первичного потока, наложение на текучую среду возмущающего воздействия с образованием внутри пространственной области зоны взаимодействия и продукта взаимодействия, который способен распространяться путем диффузии и конвективного переноса, формирование продукта взаимодействия в виде потока и отвод этого потока из пространственной области вдоль оси камеры внутри первичного трубообразного потока текучей среды в направлении, противоположном направлению поступательного движения первичного потока, согласно изобретению, преобразование первичного потока во вторичный осуществляют по мере удаления первичного потока от места его формирования путем уменьшения скорости движения частей первичного потока, при этом вторичный поток формируют из частей первичного потока, имеющих нулевую поступательную скорость вдоль оси камеры, а границу пространственной области и интенсивность диффузионного и конвективного распространения продукта взаимодействия из пространственной области устанавливают, исходя из специфики возмущающего воздействия, путем вариации таких факторов, как конфигурация первичного потока, интенсивность его вращения и расход текучей среды в первичном потоке.

Поставленная задача решается также тем, что текучая среда является газом или жидкостью.

На решение поставленной задачи направлено и то, что первичный трубообразный поток формируют расширяющимся или сужающимся, при этом угол между хордой образующей наружной поверхности потока и осью камеры не превышает 45^o.

На решение поставленной задачи направлено также и то, что приведенный угол закрутки первичного трубообразного потока не превышает 45^o, а интенсивность вращения первичного потока изменяют локально.

Отличием способа является и то, что в удаленную от места формирования первичного потока часть пространственной области подают дополнительный поток текучей среды, который может создавать возмущающее воздействие.

Другим отличием способа является то, что внутри пространственной области размещают обрабатываемый материал.

Еще одним отличием способа является то, что возмущающее воздействие создают электромагнитным или звуковым излучением.

Следующим отличием способа является то, что возмущающее воздействие создают электрическим разрядом.

Еще одним отличием способа является то, что возмущающее воздействие создают путем изменения температуры текучей среды.

Отличие способа заключается и в том, что возмущающее воздействие инициирует химическую реакцию, а зона взаимодействия и продукты взаимодействия образуются в результате протекания химической реакции.

Отличие способа заключается также и в том, что химическая реакция представляет собой процесс горения.

Поставленная задача решается также тем, что в тепломассообменном аппарате, включающем устройство для создания возмущающего воздействия и рабочую камеру с формирователем трубообразного потока текучей среды, размещенным вблизи первого конца камеры и выполненным с возможностью направления потока ко второму концу камеры, согласно изобретению, на внутренней поверхности рабочей камеры предусмотрено средство для торможения потока текучей среды, а длина L рабочей камеры выбрана из соотношения: 0,5D < L < kD, где D -максимальный внутренний поперечный размер камеры, k - эмпирический коэффициент, k = 5 - 30.

Поставленная задача решается и тем, что средство для торможения потока текучей среды выполнено в виде ребра с высотой не более половины максимального внутреннего поперечного размера камеры, причем это ребро может быть установлено вдоль оси камеры.

На решение поставленной задачи направлено то, что ребро выполнено с переменной вдоль оси камеры высотой, которая может возрастать в направлении от первого конца камеры ко второму.

На решение поставленной задачи направлено также и то, что средство для торможения потока текучей среды выполнено в виде выступов или впадин с высотой или глубиной не менее 10 мкм и не превышающим 5 отношением высоты или глубины выступа или впадины к их поперечному размеру на уровне внутренней поверхности рабочей камеры.

Отличием устройства является и то, что в камере вблизи ее первого конца выполнено отверстие, в общем и целом симметричное относительно оси камеры, диаметр которого может составлять 0,1 - 0,7 максимального внутреннего поперечного размера рабочей камеры.

Другим отличием устройства является то, что в камере вблизи ее второго конца выполнено по меньшей мере одно дополнительное отверстие.

Еще одним отличием устройства является то, что рабочая камера является камерой плазмотрона.

Отличие устройства заключается также в том, что рабочая камера является химическим реактором, который может быть камерой сгорания.

Отличие устройства заключается также и в том, что рабочая камера является нагревающим или охлаждающим устройством.

Другим отличием устройства является то, что рабочая камера является смесительным устройством.

Еще одним отличием устройства является и то, что устройство для создания возмущающего воздействия представляет собой излучатель электромагнитных или звуковых волн.

Следующим отличием устройства является то, что устройство для создания возмущающего воздействия представляет собой электрический разрядник.

Еще одним отличием устройства является также и то, что устройство для создания возмущающего воздействия представляет собой нагреватель или холодильник.

Отличие устройства состоит и в том, что устройством для создания возмущающего воздействия является источник дополнительного потока текучей среды.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Жидкую или газообразную текучую среду, в том числе содержащую дисперсные частицы, формируют в виде первичного трубообразного потока, имеющего вращательно-поступательное движение вдоль оси рабочей камеры. На границе пространственной области, которая расположена вблизи оси рабочей камеры, первичный поток преобразуют во вторичный, направленный преимущественно к оси камеры. На текучую среду вблизи оси камеры накладывают возмущение с образованием внутри пространственной области зоны взаимодействия и продукта взаимодействия. Продукт взаимодействия выводят из зоны взаимодействия в виде струи внутри первичного трубообразного потока в направлении, противоположном направлению поступательного движения этого потока. Преобразование трубообразного потока в противоположно направленный струйный сопровождается эффектом всестороннего поступления текучей среды в область, где происходит изменение направления течения на противоположное, что приводит к всестороннему гидродинамическому обжатию зоны взаимодействия. Варьирование конфигурации первичного потока, интенсивности его вращения и расхода текучей среды в этом потоке позволяет видоизменять форму зоны взаимодействия, регулировать поступление текучей среды в зону взаимодействия и распространение продукта взаимодействия из этой зоны, что позволяет организовать управление аэро- и гидродинамическими процессами в зоне взаимодействия тепломассообменного аппарата при одновременной изоляции этой зоны. Формирование текучей среды в виде первичного трубообразного потока, имеющего поступательное движение вдоль оси камеры и не имеющего вращательного движения вокруг этой оси не позволяет столь же эффективно решить поставленную задачу.

Преобразование первичного потока во вторичный по мере удаления первичного потока от места его формирования создает условия для распределенной по длине камеры контролируемой подачи текучей среды в зону взаимодействия.

Уменьшение скорости движения частей первичного потока позволяет им приобрести нулевую поступательную скорость для последующего их преобразования во вторичный поток.

Формирование вторичного потока из частей первичного потока, имеющих нулевую поступательную скорость вдоль оси камеры, позволяет направить вторичный поток преимущественно к оси камеры и точно установить границу пространственной области.

Установление границы пространственной области и интенсивности диффузионного и конвективного распространения продукта взаимодействия из зоны взаимодействия позволяет учесть специфику протекающего взаимодействия в тепломассообменном аппарате.

Вариация таких факторов, как конфигурация первичного потока, интенсивность его вращения и расход текучей среды в первичном потоке позволяет установить границу пространственной области и интенсивность диффузионного и конвективного распространения продукта взаимодействия из зоны взаимодействия. При этом расширение первичного потока в направлении его движения и/или увеличение интенсивности вращения первичного потока приводит, преимущественно, к расширению удаленной от места формирования первичного потока части пространственной области и уменьшению диффузионного и конвективного распространения продукта взаимодействия из этой части пространственной области. Сужение первичного потока в направлении его движения и/или уменьшение интенсивности вращения первичного потока приводит, преимущественно, к сужению удаленной от места формирования первичного потока части пространственной области и увеличению диффузионного и конвективного распространения продукта взаимодействия из этой части пространственной области. Увеличение расхода текучей среды в первичном потоке приводит к уменьшению диффузионного и конвективного распространения продукта взаимодействия из пространственной области, а уменьшение расхода текучей среды в первичном потоке приводит к увеличению диффузионного и конвективного распространения продукта взаимодействия из пространственной области.

Использование газа или жидкости, в том числе содержащих дисперсные частицы, в качестве текучей среды позволяет применить предлагаемый способ в тепломассообменных аппаратах различного назначения.

Формирование первичного трубообразного потока расширяющимся или сужающимся позволяет активно управлять формой пространственной области. Ограничение угла между хордой образующей наружной поверхности потока и осью камеры величиной 45^o позволяет избежать формирования ненужных циркуляционных зон.

Вращение первичного потока при величине приведенного угла закрутки более 45^o нецелесообразно по техническим соображениям.

Локальное изменение интенсивности вращения первичного потока позволяет локально изменять диффузионное и конвективное распространение продукта взаимодействия из пространственной области. При этом уменьшение или увеличение интенсивности вращения первичного потока, например, в той его части, которая удалена от места формирования первичного потока, приводит, соответственно, к уменьшению или увеличению диффузионного и конвективного распространения продукта взаимодействия из части пространственной области, удаленной от места формирования первичного потока.

Подача дополнительного потока текучей среды в удаленную от места формирования первичного потока часть пространственной области или размещение обрабатываемого материала внутри пространственной области позволяют ввести в процесс новые компоненты без изменения гидродинамики первичного и вторичного потоков и применить предлагаемый способ для случаев, требующих, например, смешения текучих компонентов или обработки твердых тел.

Создание возмущающего воздействия электромагнитным или звуковым излучением, электрическим разрядом, путем изменения температуры текучей среды, а также инжекцией дополнительного потока текучей среды позволяет инициировать внутри пространственной области образование зоны взаимодействия и продукта взаимодействия, способного распространяться за счет диффузии и конвективного переноса.

Инициирование возмущающим воздействием химической реакции с образованием зоны взаимодействия и продукта взаимодействия в результате протекания реакции позволяет применить предлагаемый способ для изоляции зоны химической реакции и управления гидродинамикой процессов в этой зоне.

Выбор горения в качестве химической реакции позволяет применить предлагаемый способ для изоляции пламени и управления гидродинамикой процессов в зоне горения.

Размещение средства для торможения потока текучей среды на внутренней поверхности рабочей камеры тепломассообменного аппарата позволяет уменьшать скорость движения частей первичного потока и сформировать вторичный поток из частей первичного потока, имеющих нулевую поступательную скорость вдоль оси камеры.

Выбор длины L рабочей камеры из соотношения 0,5D < L < kD, где D - максимальный внутренний поперечный размер камеры, a k - эмпирический коэффициент, величина которого обусловлена спецификой процессов, протекающих в рабочей камере и особенностями выполнения формирователя трубообразного потока, позволяет учесть при создании тепломассообменного аппарата специфику проводимого в нем процесса. При этом величина коэффициента k возрастает от 5 до 100 с ростом приведенного угла закрутки потока текучей среды от 0 до 90^o. Под приведенным углом закрутки потока текучей среды понимается усредненный по массе трубообразного потока угол между направлением движения элементов этого потока и осью камеры. В реальных устройствах достижение значений близких к 90^o, является трудновыполнимой задачей, поэтому величина коэффициента k для предлагаемых тепломассообменных аппаратов находится в интервале значений 5 - 30, что соответствует приведенному углу закрутки потока текучей среды 45^o.

Использование в качестве средства для торможения потока текучей среды ребра с высотой не более половины максимального внутреннего поперечного размера камеры позволяет осуществить эффективное торможение частей первичного потока без существенного искажения гидродинамики потоков в камере. Размещение этого ребра вдоль оси камеры позволяет произвести ускоренное торможение кругового движения частей первичного трубообразного потока. Использование ребра с переменной вдоль оси камеры высотой позволяет производить желаемое локальное торможение частей первичного потока. Увеличение высоты такого ребра в направлении от первого конца камеры ко второму позволяет организовать регулируемое усиление торможения частей первичного потока по мере движения потока вдоль оси камеры.

Использование в качестве средства для торможения потока текучей среды выступов или впадин с высотой или глубиной не менее 10 мкм и не превышающим 5 отношением высоты или глубины выступа или впадины к их поперечному размеру на уровне внутренней поверхности рабочей камеры, позволяет производить управляемое торможение частей первичного потока.

Создание в камере вблизи ее первого конца отверстия, в общем и целом симметричного относительно оси камеры, позволяет выводить продукт взаимодействия из рабочей камеры тепломассообменного аппарата. Выполнение этого отверстия с диаметром, составляющим 0,1 -0,7 максимального внутреннего поперечного размера рабочей камеры позволяет предотвратить нежелательный вывод из рабочей камеры поступающей в нее исходной текучей среды.

Создание в камере вблизи ее второго конца по меньшей мере одного дополнительного отверстия позволяет без существенного искажения гидродинамики потоков в камере вводить в нее обрабатываемый материал или дополнительный поток текучей среды.

Использование рабочей камеры предлагаемой конструкции в качестве камеры плазмотрона позволяет обеспечить взаимную термоизоляцию плазмы и стенок плазмотрона и организовать управление потоками газа, плазмы и обрабатываемого материала в плазмотроне.

Использование рабочей камеры предлагаемой конструкции в качестве химического реактора позволяет осуществить изоляцию стенок реактора от зоны химической реакции и продуктов реакции и организовать управление потоками веществ в реакторе.

Использование такого химического реактора в качестве камеры сгорания позволяет обеспечить изоляцию стенок камеры от непосредственного воздействия пламени и продуктов горения. Использование рабочей камеры предлагаемой конструкции в качестве нагревающего или охлаждающего устройства позволяет обеспечить контролируемую термоизоляцию зон охлаждения или нагревания.

Использование рабочей камеры предлагаемой конструкции в качестве смесительного устройства позволяет обеспечить высокоэффективное управляемое смешение компонентов.

Использование в качестве устройства для создания возмущающего воздействия излучателя электромагнитных или звуковых волн, электрического разрядника, нагревателя, холодильника или источника дополнительного потока текучей среды, размещенных вне рабочей камеры или внутри нее, позволяет создать эффективное возмущающее воздействие, инициирующее образование внутри пространственной области зоны взаимодействия и продукта взаимодействия, способного распространяться путем диффузии и конвективного переноса.

Указанные выше функции и свойства совокупности отличительных признаков, входящих в заявляемые способ создания системы потоков и тепломассообменный аппарат, позволяют обеспечить управление гидродинамическими процессами в зоне взаимодействия тепломассообменного аппарата при одновременной изоляции этой зоны, то есть обеспечивают решение поставленной в изобретении задачи.

Сущность и преимущества предлагаемых способа и аппарата станут более понятны из следующих вариантов конкретного воплощения изобретения и рисунков, на которых, без строгого соблюдения геометрических пропорций, изображены: фиг. 1 - схема плазмотрона для разложения сероводорода на составляющие химические элементы; фиг. 2 - частичное сечение кварцевой трубы на фиг. 1 в увеличенном изображении; фиг. 3 - зависимость эмпирического коэффициента k от величины приведенного угла закрутки потока текучей среды; фиг. 4 - схема газопламенной печи для разогрева металлических слитков; фиг. 5 - элемент футеровки камеры сгорания печи на фиг. 4 в увеличенном изображении; фиг. 6 - сечение элемента футеровки камеры сгорания печи на фиг. 5 в увеличенном изображении; фиг. 7 - схема аппарата для растворения сублимированного сока; фиг. 8 - частичное сечение стенки сосуда на фиг. 7 в увеличенном изображении.

Тепломассообменный аппарат в виде высокочастотного плазмотрона для разложения текучей среды - газообразного сероводорода - на составляющие химические элементы (см. фиг. 1) включает устройства 1 для создания возмущающего воздействия, выполненные в виде излучателя 2 электромагнитных волн и электрического разрядника 3, и рабочую камеру 4 плазмотрона, являющуюся также химическим реактором. Рабочая камера 4 состоит из вертикальной цилиндрической кварцевой трубы 5 с нижней и верхней крышками 6 и 7, расположенными соответственно на первом 8 и втором 9 концах трубы 5. Такая ориентация рабочей камеры 4, при которой ее первый конец 8 расположен внизу, обусловлена спецификой проводимого плазмохимического процесса. По оси 10 камеры 4 в нижней крышке 6 выполнено отверстие 11 для вывода продуктов взаимодействия - капель серы S и газообразного водорода H₂. Диаметр отверстия 11 равен 0,7 максимального внутреннего поперечного размера D камеры 4. Вблизи первого конца 8 кварцевой трубы 5 расположен формирователь 12 трубообразного вращательно-поступательного потока, который включает кольцевой распределительный канал 13 с тангенциальными отверстиями 14, выполненный в боковой стенке 15 нижней крышки 6, и внутреннюю поверхность 16 крышки 6. К распределительному каналу 13 подсоединен патрубок 17 для ввода текучей среды - газообразного сероводорода H₂S - внутрь камеры 4.

На внутренней поверхности 18 камеры 4, представленной внутренней поверхностью 19 кварцевой трубы 5 (см. фиг. 1 и 2) и внутренней поверхностью 20 верхней крышки 7, предусмотрены средства 21 для торможения потока текучей среды. Эти средства представляют собой, соответственно, четыре ребра 22, установленных на внутренней поверхности 20 верхней крышки 7 вдоль оси 10 камеры 4, и множественные выступы 23 и впадины 24 (см. фиг. 2) с высотой x_i и глубиной у_i от 10 мкм до 100 мкм, выполненные на внутренней поверхности 19 трубы 5 и ориентированные преимущественно вдоль оси 10 трубы 5. Отношение высоты x_i выступа и глубины y_i впадины к их максимальному поперечному размеру на уровне внутренней поверхности 19 трубы 5 соответственно h_xi и h_yi не превышает пяти. Высота ребер 22 является переменной вдоль оси 10 камеры 4 и возрастает в направлении от первого конца 8 трубы к ее второму концу 9, при этом высота ребер не превышает половины максимального внутреннего поперечного размера D камеры 4, который равен внутреннему диаметру кварцевой трубы 5.

Формирователь 12 трубообразного вращательно-поступательного потока и средства 21 для торможения потока с учетом нагрева газа в плазмотроне обеспечивают интенсивность вращения потока с приведенным углом закрутки = 30^o, что соответствует величине эмпирического коэффициента k, равной 20 (см. фиг. 3). Из диапазона значений 0,5D < L < 20D, принимая во внимание специфику проводимого плазмохимического процесса, длина L рабочей камеры выбрана равной четырем внутренним диаметрам D кварцевой трубы 5. Излучатель 2 электромагнитных волн представляет собой водоохлаждаемый высокочастотный соленоид 25, охватывающий кварцевую трубу 5. Электрический разрядник 3 выполнен в виде заземленного электрода 26 с пружиной 27, установленного на верхней крышке 7 камеры 4 с возможностью вертикального перемещения.

Тепломассообменный аппарат в виде газопламенной печи для нагрева металлических слитков (см. фиг. 4) включает устройство 1 для создания возмущающего воздействия, выполненное в виде электрического спирального нагревателя 28, и вертикальную цилиндрическую рабочую камеру 4, являющуюся камерой сгорания. Камера сгорания 4 установлена так, что ее первый конец 8 расположен вверху, а второй конец 9, где находится днище 29 камеры, - внизу. Это обусловлено спецификой газопламенного нагрева металлического слитка 30. Камера сгорания 4 имеет кирпичную футеровку 31 (см. фиг. 4, 5 и 6) и крышку 32 на первом конце 8 камеры 4. В крышке 32 по оси 10 камеры 4 выполнено отверстие 33 для вывода продуктов сгорания, которые образуются в результате химического взаимодействия природного газа (метана CH₄) с кислородом O₂. Диаметр отверстия 33 равен одной трети максимального внутреннего поперечного размера D камеры 4. Вблизи первого конца 8 камеры 4 расположен формирователь 12 трубообразного вращательно-поступательного потока текучей среды (кислорода), который включает кольцевой распределительный канал 34 с тангенциальными отверстиями 35, выполненный в стенке 36 камеры 4, и внутреннюю поверхность 37 крышки 32. К распределительному каналу 34 подсоединен канал 38 для подачи кислорода.

Металлический слиток 30 размещен с зазором 39 относительно днища 29 камеры сгорания 4 на подставках 40. В центральной части днища 29 выполнено дополнительное отверстие 41 для ввода в камеру дополнительного потока текучей среды - метана. К отверстию 41 метан подводится по каналу 42, выполненному в стенке 36 камеры сгорания 4. На внутренней поверхности 18 камеры 4, представленной кирпичной футеровкой 31, предусмотрены средства 21 (см. фиг. 5 и 6) для торможения потока текучей среды, выполненные в виде впадин, представляющих собой продольные 43 и поперечные 44 канавки между кирпичами 45 футеровки 31. Глубина z_i канавок и их поперечный размер h_i на уровне внутренней поверхности 18 рабочей камеры составляют соответственно 5 - 20 мм и 10 - 15 мм (см. фиг. 6), то есть отношение глубины z_i канавки к ее максимальному поперечному размеру h_i не превышает пяти.

Формирователь 12 трубообразного вращательно- поступательного потока и средства 21 для торможения потока с учетом нагрева текучей среды в результате реакции горения обеспечивают интенсивность вращения потока с приведенным углом закрутки = 45^o, что соответствует величине коэффициента k, равной 30 (см. фиг. 3). Из диапазона значений 0,5D < L < 30D, принимая во внимание специфику проводимого процесса нагрева металлического слитка, длина L рабочей камеры выбрана равной восьми внутренним диаметрам D печи.

Тепломассообменный аппарат для растворения сублимированного фруктового сока (см. фиг. 7) включает устройства 1 для создания возмущающего воздействия и каплеобразную рабочую камеру 4, представляющую собой стеклянный сосуд для смешения исходных компонентов - воды и сублимированного сока - и растворения последнего. Устройства 1 выполнены в виде излучателя 46 звуковых волн и питателя 47 порошка сублимированного сока, создающего дополнительный поток текучей среды. Излучатель 46 звуковых волн состоит из ультразвукового генератора 48 и вибратора 49. Стеклянный сосуд 4 имеет стенку 50 и установлен так, что его первый конец 8 расположен внизу, а второй конец 9 - вверху, что обусловлено спецификой процесса приготовления сока из порошка, полученного сублимацией свежего сока. Вблизи первого конца 8 сосуда 4 расположен формирователь 12 вращательно-поступательного трубообразного расширяющегося потока текучей среды - воды. Формирователь 12 включает выполненное в стенке 50 сосуда 4 тангенциальное отверстие 51 и примыкающий к нему расширяющийся кверху конусообразный участок 50a стенки 50. К тангенциальному отверстию 51 подсоединен патрубок 52 для подачи воды. Для вывода продукта взаимодействия - фруктового сока - вблизи первого конца 8 сосуда по его оси 10 выполнено отверстие 53. Диаметр отверстия 53 равен одной десятой максимального внутреннего поперечного размера D сосуда 4. В стенке 50 вблизи второго конца 9 камеры 4 выполнено первое дополнительное отверстие 54 для введения дополнительного потока текучей среды в виде порошка сублимированного сока, и второе дополнительное отверстие 55 для ввода в камеру вибратора 49. Порошок сублимированного сока 56 подается в сосуд 4 через первое дополнительное отверстие 54 из питателя 47. Вблизи первого конца 8 сосуда ниже уровня тангенциального отверстие 51 может быть размещен трубчатый спиральный холодильник (на фиг. 7 не показан) для охлаждения выводимого фруктового сока и создания дополнительного возмущающего воздействия.

На внутренней поверхности 18 сосуда 4 предусмотрено средство 21 (см. фиг. 8) для торможения потока текучей среды, выполненное в виде множественных выступов 57 и впадин 58 с высотой x_i и глубиной у_i от 10 мкм до 100 мкм. Отношение высоты x_i выступов и глубины у_i впади