Zur Entropieproduktion im Ranque–Hilsch–Rohr

Zusammenfassung

 Im vorliegenden Beitrag wird ausgehend von der Entropieproduktion in Wirbelrohren ein neuer Ansatz zur Modellierung des Ranque- Hilsch- Effektes vorgestellt. Die entwickelte Beschreibung des Separationseffektes im Wirbelrohr (Prozessmodell auf der Basis des ,,Separationsansatzes“) beschreibt alle wesentlichen phänomenologischen Merkmale des Ranque- Hilsch-Effektes (typische Temperaturverläufe, Abhängigkeiten des Separationseffektes von den Eingangsparametern usw.) quantitativ und qualitativ korrekt. Die hydrodynamischen Prozessgrößen sind über die Rossby-Zahl mit den geometrischen Charakteristika des Wirbelrohres verknüpft. Nach Ansicht der Verfasser liegt hiermit der erste Vorschlag zur Berechnung von Wirbelrohren vor, der ohne fundamentale empirische Annahmen die physikalischen Befunde in sich konsistent abbildet, die gas- und thermodynamischen Prozessgrößen sowie geometrischen Grundparameter des Wirbelrohrapparates aufeinander aufbauend ableitet. Das vorgestellte Idealgasmodell kann ohne prinzipielle Schwierigkeiten auf reale Gase übertragen werden.

Abstract

 Starting from the entropy generation in vortex tubes, this paper presents a new approach for simulating the Ranque–Hilsch effect. It can be stated that the systematic description of energy separation in the vortex tube (process simulation on the basis of the ,,separation approach“) describes all essential phenomenological characteristics of the Ranque–Hilsch effect (typical temperature variation, dependencies of the separation effect on the input parameters and others) correctly with respect to quantity and quality. Moreover, the hydrodynamic process variables are related to the geometrical characteristics of the vortex tube via the ROSSBY number. In the authors opinion, this is the first proposal for calculating vortex tubes to represent the physical findings in a self-consistent way without elementary empirical assumptions, deriving the gas dynamic and thermodynamic process variables as well as basic geometrical parameters of the vortex tube apparatus one by one in their interrelationship. The ideal-gas model presented can be applied to real gases.