Cavitation

1. Hệ thống sưởi ấm bằng công nghệ sủi bọt nước
(Cavitation).
24.05.2014
Tác giả: Дмитрий Макаров
Nhằm đạt hiệu quả kinh tế cao nhất trong việc sưởi ấm nhà cửa, các hộ gia đình lựa chọn nhiều
hệ thống khác nhau. Xin mời quý vị xem qua nguyên lý làm việc của Hệ thống sưởi ấm bằng
công nghệ sủi bọt nước, cách chế tạo cũng như sơ đồ lắp đặt.
Ưu điểm và nhược điểm của nguồn năng lượng từ hiệu ứng Cavitation
Hệ thống gia nhiệt Cavitation là một thiết bị đơn giản cho phép chuyển hóa năng lượng cơ học
của chất lỏng thành nhiệt năng. Về cơ bản, hệ thống này gồm là bơm ly tâm, thường được sử
dụng trong các hệ thống bơm nước và có hiệu suất rất thấp. Sự chuyển hóa năng lượng trong hệ
thống Cavitation được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nơi các phần tử gia nhiệt có thể bị
hỏng khi tiếp xúc với chất lỏng có sự khác biệt nhiệt độ lớn.
Фото — Конструкция кавитационного теплогенератора
Ưu điểm của hệ thống:
1. Hiệu suất.
2. Sự cấp nhiệt mang tính kinh tế.
3. Giá thành phù hợp.
4. Có thể tự chế tạo tại nhà. Thực tế cho thấy rằng, các hệ thống DIY ( Do It Youselft-tự chế) có
chất lượng không thua kém gì so với các sản phẩm trên thị trường.

2. Nhược điểm.
1. Gây ồn.
2. Không có nhiều tài liệu phục vụ cho việc chế tạo.
3. Công suất rất lớn do đó tương đối “thừa” khi lắp đặt cho phòng có diện tích 60-80 mét vuông.
Các hệ thống thông thường sẽ phù hợp hơn.
4. Thậm chí một hệ thống mini cũng chiếm nhiều diện tích, trung bình cần tối thiểu 1,5 mét vuông
để lắp đặt.
Nguyên lý làm việc
Hiệu ứng sủi bọt, Cavitation, là sự hình thành bọt nước trong chất lỏng khi bánh xe máy bơm
hoạt động trong môi trường pha bị xáo trộn ( giai đoạn chất lỏng và bọt khí). Thông thường máy
bơm không được chế tạo nhằm mục đích xáo trộn pha của dòng chất lưu (hoạt động của máy
bơm sẽ hạn chế sự xuất hiện của bọt khí, làm giảm hiệu suất Cavitation). Các nghiên cứu nhiệt
học chất lưu cho thấy rằng khi xuất hiện sự xáo trộn pha của chất lỏng sẽ xảy ra quá trình chuyển
hóa nhiệt.
Bản vẽ Hệ thống gia nhiệt.
Đối với các sản phẩm thương mại, năng lượng cơ học của động cơ điện được chuyển hóa thành
nhiệt năng của chất lỏng trong hệ thống tuần hoàn. Hệ thống tuần hoàn cho phép chuyển hóa cơ
năng thành nhiệt năng với hiệu suất rất cao ( tổn thất dưới 1%).

3. Hệ thống supercavitation có nguyên lý làm việc hơi khác một chút. Những máy gia nhiệt loại
này được sử dụng trong các xí nghiệp lớn, khi nhiệt năng sinh ra được cung cấp cho chất lỏng
trong các thiết bị nhất định, công suất của chúng có thể lớn hơn nhiều lần công suất cần thiết cho
máy hoạt động. Những hệ thống này có hiệu suất năng lượng cao hơn so với cơ chế tuần hoàn,
đặc biệt là không đòi hỏi kiểm tra và điều chỉnh.
Có nhiều dạng máy gia nhiệt kiểu này mà phổ biến nhất là cơ chế rotor-hidrodynamic Griggs.
Nguyên lý làm việc của nó cơ bản dựa trên nguyên lý làm việc của bơm ly tâm. Máy gia nhiệt
Griggs gồm stator, ống dẫn nước, vỏ hộp và buồng làm việc. Gần đây xuất hiện một số biến thể
mà đơn giản nhất là bơm truyền động hay bơm đĩa kiểu xoay. Đó là một mặt đĩa, trên đó có
khoan các lỗ tịt khác nhau. Các thông số kích thước của máy phụ thuộc vào công suất của rotor,
cấu trúc và tần số quay bộ phận truyền động (pu-li).
Máy gia nhiệt Griggs
Giữa rotor và stator có một khe hở nhất định, nhằm mục đích làm nóng nước. Quá trình được
thực hiện nhờ vào chuyển động rất nhanh của nước trên bề mặt đĩa. Trung bình rotor quay với
vận tốc 3000 vòng/phút, đủ để nâng nhiệt độ lên 90 độ.

4. Hệ thống Cavitation thứ hai là hệ thống tĩnh. Nó không có phần chuyển động mà sử dụng một
loại vòi phun để tạo hiệu ứng Cavitation (Vòi phun Laval), được lắp trực tiếp vào buồng làm
việc. Để cho hệ thống hoạt động, ta chỉ cần nối với một máy bơm, nó sẽ làm tăng áp suất buồng
làm việc, làm cho dòng nước chuyển động với tốc độ cao và tăng dần nhiệt độ. Vận tốc của chất
lỏng sau vòi phun được xác định bởi chênh lệch đường kính trước và sau vòi phun. Nhược điểm
của nó là hiệu suất thấp hơn nhiều so với hệ thống rotor, hơn nữa kích thước cũng lớn hơn.
Cách chế tạo một máy gia nhiệt
Tổ hợp dạng ống đầu tiên được nghiên cứu bởi Potanpoviy. Nhưng ông không nhận được bằng
sáng chế vì cho đến nay cơ sở khoa học của hệ thống này vẫn bị khoa học chính thông cho là
“không chi tiết”. Thực tế cũng đã được chứng minh bởi Shaubeger, Lazarev. Ở đây chúng ta sẽ
tìm hiểu cách chế tạo theo bản vẽ của Larionov, Phedoskin, Petrakov, Nicolai Juk.
Đầu tiên cần lựa chọn một bơm chân không (thường sử dụng để bơm nước giếng) theo thông số
của nó. Cần chú ý đến các thông số sau:
1. Công suất
2. Nhiệt lượng cần thiết
3. Áp suất
4. Loại bơm
Mặc dù có rất nhiều loại máy sủi bọt nhưng hầu như tất cả các hệ thống trong công nghiệp và
dân dụng đều sử dụng kiểu vòi phun vì có cấu trúc đơn giản và tiện lợi. Ngoài ra, nó còn có thể
dễ dàng cải tiến bằng cách tăng công suất của máy phát. Trước khi tiến hành phải lưu ý rằng kẽ
hở giữa ống thắt và ống khuếch tán không được quá hẹp cũng không quá rộng, nằm trong khoảng
8-15cm. Nếu hẹp quá áp suất buồng làm việc sẽ tăng cao nhưng công suất sinh nhiệt không lớn
do lượng nước được gia nhiệt tương đối nhỏ so với lượng nước lạnh. Ngoài ra, sự chênh lệch tiết
diện không lớn tạo điều kiện cho ô-xi bão hòa trong nước từ ống làm việc, giá trị này sẽ ảnh
hưởng tới độ ồn của bơm và xuất hiện sủi bọt trong bơm, có ảnh hưởng xấu đến quá trình làm
việc.

5. Hệ thống sủi bọt
Trong các hệ thống gia nhiệt nhâtts định phải có bồn giãn nở. Chúng có thể có thiết diện khác
nhau phụ thuộc vào công suất của hệ thống.
Giá thành chung
Hệ thống sủi bọt nước là một hệ thống bất thường, gần như là lý tưởng, không khó để mua và giá
thành không quá cao. Sau đây là giá tham khảo của các hệ thống Cavitation ở các thành phố của
Nga và Ukraina.
Thành phố Giá bán lẻ cho các hệ thống dưới 50kW, Rub (USD)
Bolga 50 000 (850$)
Donesk 65 000 (1100$)
Ijevsk 50 000 ( 850$)
Kiev 65 000 (1100$)
Saint-Perterburg 55 000 (940$)
Hệ thống sủi bọt nước kết hợp với xoáy nước có thiết kế đơn giản, tuy nhiên để đạt được hiệu
suất cao không hề dễ. Thời điểm hiện tại có nhiều công ty cung cấp các hệ thống này như Bơm
va chạm thủy lực-nhiệt của Radeks, NPP “News Technology”, Công nghệ xung va chạm tĩnh
điện của Vektorplus,…

6. Generator Tornado