На основе двух моделей движения вязкой сжимаемой среды в приближении плоского закрученного течения проведен теоретический анализ влияния тепловых процессов на эффективность энергоразделения в вихревой трубе Ранка. Показано, что наблюдаемый эффект охлаждения в вихревой трубе обусловлен, как минимум, тремя факторами: направленным к центру радиальным течением в периферийной зоне вихря, диссипацией механической энергии и локальной неравновесностью течения.
Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными дает основание заключить, что теоретическое описание термогидродинамических процессов в вихревой трубе должно строиться на основе теории локально-неравновесного течения, учитывающей изэнтропичность переноса импульса в сдвиговом потоке вязкой среды.
The theoretical analysis of the influence of thermal processes on the energy separation efficiency in a Ranque vortex tube has been performed using two models of motion of a viscous incompressible medium in the approximation of a plane twisted flow. It is shown that the observed cooling effect in the vortex tube is caused, as a minimum, by three factors, viz., a radial flow in the vortex periphery zone, which is directed to the center; mechanical energy dissipation, and local flow local nonequilibrium.
A comparison of the calculated and experimental data allows one to draw a conclusion that a theoretical description of thermohydrodynamic processes occurring in a vortex tube should be based on the theory of a locally nonequilibrium flow, which takes into account the isentropic character of momentum transfer in a shear flow of a viscous medium.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.