FR2587066A1 - Procede et dispositif de generation d'ecoulement de fluide en spirale - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF POUR PRODUIRE UN ECOULEMENT DE FLUIDE EN SPIRALE. UN CYLINDRE SECONDAIRE 2 EST RELIE, PAR L'INTERMEDIAIRE D'UNE FENTE ANNULAIRE 3, A UNE EXTREMITE SITUEE DU COTE DE GRAND DIAMETRE D'UN CYLINDRE PRINCIPAL 1 COMPORTANT UN CORPS AYANT UN DIAMETRE SUPERIEUR A CELUI D'UNE CANALISATION, UNE SURFACE DE PAROI DE LADITE FENTE ANNULAIRE 3 PLACEE DU COTE DU CYLINDRE PRINCIPAL ETANT INCURVEE GRADUELLEMENT DE FACON A REJOINDRE UNE PAROI INTERIEURE 11 DU CYLINDRE PRINCIPAL 1, UNE SURFACE DE PAROI DE LADITE FENTE ANNULAIRE 3 PLACEE DU COTE DU CYLINDRE SECONDAIRE 2 ETANT INCURVEE DE FACON A REJOINDRE UNE PAROI INTERIEURE 21 DU CYLINDRE SECONDAIRE 2, UNE EXTREMITE OPPOSEE DUDIT CYLINDRE PRINCIPAL 1 ETANT GRADUELLEMENT REDUITE EN DIAMETRE A UN DEGRE TEL QU'IL SOIT EGAL A UN DIAMETRE DE LA CANALISATION DE PROFIL CONIQUE POUR ETRE RELIE A LADITE CANALISATION; IL EST PREVU UN MOYEN 5 POUR INTRODUIRE UN FLUIDE SOUS PRESSION PAR UN COTE EXTERIEUR DE LADITE FENTE ANNULAIRE 3. APPLICATION AU TRANSPORT, AU SECHAGE OU A LA SEPARATION DE SUBSTANCE EN POUDRE OU EN PARTICULES, DE BOUES OU DE GAZ.

Description

La présente invention se rapporte d'une façon générale à un procédé de

génération d'un écoulement de fluide

en spirale et à un dispositif pour sa mise en oeuvre. L'écou-

lement de fluide en spirale est utilisable dans une large gamme de différents domaines industriels pour un transport, une séparation, un mélange ou une production de réactions chimiques de substances pulvérulentes, de substances en particules, de liquides tels que du pétrole, de gaz tels que l'air, du gaz naturel, etc. En général, un liquide et un gaz sont appelés un fluide par une désignation générique. Le fluide possède une particularité caractéristique de pouvoir s'écouler et le phénomène correspondant est appelé " écoulement ". La surface d'une substance en contact avec un fluide est soumise à une force de pression et de frottement exercée par le fluide et dont la grandeur varie en correspondance avec les conditions d'écoulement du fluide, de la répartition de l'écoulement et de la condition d'application de force à une

substance par l'écoulement de fluide, et également de l'inter-

action entre l'écoulement et un objet.

Dans le domaine fluidique, un fluide a la propriété de passer dans un écoulement turbulent lorsque la vitesse d'écoulement dépasse une valeur critique. Ainsi un fluide passe en turbulence dans une lisière entre la surface d'une substance et le fluide, dans un remous d'une substance

ou dans un jet, quand la vitesse d'écoulement augmente.

On a considéré qu'une turbulence constitue un courant n'ayant aucune régularité mais cependant récemment il est devenu de plus en plus clair qu'une certaine organisation systématique

existe même dans la turbulence.

Lorsqu'on considère l'organisation systématique pouvant être établie dans une turbulence, le phénomène naturel est considéré comme le sujet d'analogie. Il existe une condition d'équilibre et une condition de nonéquilibre

dans la nature et on considère qu'une condition de non-

équilibre peut se transformer en une condition d'équilibre.

Pendant ce processus, un système non équilibré dépense de

l'énergie pour augmenter l'entropie à l'intérieur du système.

Dans des réactions chimiques générales, la zone de réaction varie de façon organique sur la base de la condition d'équilibre existant entre l'énergie et l'entropie et en outre l'auto-organisation peut être déterminée sur cette base. Dans le processus d'auto-organisation, la condition d'équilibre est considérée comme étant atteinte lorsque des fluctuations microscopiques se contrebalancent

mutuellement mais au contraire on considère qu'une organisa-

tion macroscopique peut être établie lorsque des fluctuations sont amplifiées. Cette organisation macroscopique peut être

considérée comme l'organisation systématique en turbulence.

Il a été démontré qu'un motif en spirale existe dans une

organisation macroscopique ou systématique.

La découverte d'un motif en spirale d'un concept différent de la turbulence classique établit non seulement un nouveau point de vue scientifique concernant un mouvement fluidique mais permet également d'envisager qu'un nouveau domaine technique utilisant le mouvement spiral

puisse être développé.

Les inventeurs ont consacré leurs connaissances scientifiques et leurs informations au nouveau mouvement de fluide en spirale mentionné cidessus et ont fait des efforts pour mettre au point une technique d'établissement du nouvel écoulement de fluide. En résultat, on s'est rendu compte que ce mouvement spiral forme une couche limite dynamique sur la paroi intérieure de la canalisation, qui est différente d'une turbulence et qui permet de produire un écoulement de fluide en spirale à grande vitesse dans la direction axiale de la canalisation. En outre on a trouvé que des substances pulvérulentes peuvent être transportées à grande vitesse tout en supprimant leur collision contre la surface de paroi

intérieure de la canalisation par utilisation de ce phénomène.

Les inventeurs ont déjà proposé un certain nombre de techniques nouvelles se rapportant à ce mouvement de fluide, à savoir: Le brevet japonais non examiné et publié sous le numéro 60-31437 et intitulé " Method of Conveying Particle bodies by Spiral Stream ( Procédé de transport de matières en particules par un écoulement en spirale "Y, selon lequel, quand un écoulement en spirale est engendré dans une canalisation et quand des particules solides sont introduites dans une zone de cet écoulement en spirale, les particules solides peuvent être transportées à l'intérieur de la canalisation selon un mouvement en spirale et sans entrer en

contact avec la paroi de la canalisation.

Additionnellement, les autres inventions concernant un écoulement en spirale sont les suivantes: Brevet japonais non examiné et publié sous le n 60-34269, intitulé " Spray Grinding Method by Spiral stream " ( Procédé de désagrégation par pulvérisation au moyen d'un écoulement en spirale); Brevet japonais non examiné et publié sous le ne 60-48825, intitulé " Method of Conveying Particles by Complementary Spiral Stream" _( Procédé de transport de particules par un écoulement en spirale complémentaire); Brevet japonais non examiné et publié sous le n 60- 48473, intitulé " Method of Drying or Concentrating Pulverulent Substances including a Vdatile Metter or Slurry" ( Procédé de séchage ou de concentration de substances pulvérulentes sous forme d'une boue volatile); Brevet japonais non examiné et publié sous le n 60-51528, intitulé " Method of Separating a Mixed Gaz by Spiral Stream " ( Procédé de séparation d'un mélange gazeux par un écoulement en spirale); Brevet japonais non examiné et publié sous le n 60-51581, intitulé " Separating Method of Pulverulent Granuler Substances" ( Procédé de séparation de substances granuleuses pulvérulentes); Brevet japonais non examiné et publié sous le n 60-53792, intitulé " Separating Method of Heat by Spiral Steam " ( Procédé de séparation de chaleur par écoulement en spirale); Brevet japonais non examiné et publié sous le n0 60-547 29, intitulé " Method of Promoting Chemical Reactions by Spiral stream " ( Procédé pour promouvoir des réactions chimiques par un écoulement en spirale) Brevet japonais non examiné et publié sous le n 60-59238, intitulé " Dredging Method Using a Spiral Steam" ( Procédé de dragage utilisant un écoulement en spirale). Comme décrit ci-dessus, un écoulement en

spirale à l'intérieur d'une canalisation présente un comporte-

ment extrêmement intéressant et en conséquence le phénomène

est.applicable à un large domaine industriel.

En outre, bien que le concept d'un dispositif

de génération d'un écoulement en spirale stable à l'inté-

rieur d'une canalisation soit décrit dans les différents documents précités, le dispositif est également décrit de façon plus pratique dans le brevet japonais publié sous le n' 60-56723 et intitulé " Device for Generating Stable

Stream in Pipe Line " ( Dispositif de génération d'un écoule-

ment stable dans une canalisation).

Dans les techniques précitées qui sont proposées par les mêmes inventeurs, la vitesse de l'écoulement en spirale n'est cependant pas aussi élevée qu'environ 10 à m/s en moyenne du fait que l'écoulement en spirale doit être appliqué à différentes industries. En outre il se pose un problème par le fait que la stabilité de l'écoulement en spirale n'est pas suffisante. Cela s'explique par le fait que, dans les techniques déjà proposées, un écoulement qui n'est pas en compression et qui comporte un vecteur orienté seulement dans la direction essentiellement axiale de la

canalisation est introduit dans le conduit de guidage.

En conséquence, il existe une forte demande de développement d'une autre nouvelle technique permettant d'utiliser le mouvement en spirale considéré comme un

nouveau mouvement de fluide dans différents domaines indus-

triels. En conséquence, compte tenu des problèmes mentionnés ci-dessus, l'objet principal de la présente invention est de créer un procédé de génération d'un nouvel écoulement en spirale ayant une grande vitesse d'écoulement et une excellente stabilité dans le mouvement en spirale de manière à se comporter effectivement comme un fluide de transport, l'invention concernant également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé mentionné ci-dessus, en vue d'éliminer les inconvénients rencontrés dans les techniques classiques mentionnées ci-dessus. Pour atteindre l'objectif mentionné ci-dessus, le procédé de la présente invention est caractérisé en ce qu'on utilise un dispositif ayant une structure telle qu'un cylindre secondaire est relié par l'intermédiaire d'une fente annulaire avec une extrémité du côté de grand diamètre d'un cylindre principal comportant un corps pourvu d'un diamètre supérieur à celui d'une canalisation, une surface de paroi de la fente annulaire placée du côté du cylindre principal étant incurvée uniformément de façon à rejoindre une paroi intérieure du cylindre principal, une surface de paroi de la fente annulaire.placée du côté du cylindre secondaire étant incurvée de façon à rejoindre une paroi intérieure du cylindre secondaire, une extrémité opposée du cylindre principal subissant une réduction graduelle de diamètre à un degré permettant de rendre ce diamètre égal au diamètre de la canaliation avec une forme conique pour le raccordement avec la canalisation, et en ce qu'un fluide sous pression est introduit dans la fente annulaire de façon à produire un écoulement de fluide en

spirale dans la canalisation.

En outre, le dispositif conforme à l'invention est pourvu de moyens d'introduction d'un fluide sous pression. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la

description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en

référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe représentant une première réalisation de la structure du dispositif conforme à la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe montrant un tube de distribution pour introduire une substance transportée dans un écoulement fluidique en spirale engendré par le dispositif représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe montrant une seconde réalisation du dispositif de la présente invention, la figure 4 est une vue en coupe montrant un tube de distribution pour introduire une substance à transporter dans un écoulement fluidique en spirale engendré par le dispositif représenté sur la figure 3; les figures 5, 6, 7 et 8 sont des vues en coupe fragmentaires à échelle agrandie montrant la structure à proximité de la fente formée dans le dispositif conforme à la présente invention la figure 9 est une vue en coupe montrant un dispositif conforme à la présente invention, qui est utilisé comme un dispositif d'assistance placé au milieu de la canalisation; et les figures 10 et 11 sont des illustrations facilitant l'explication d'une expérience servant à confirmer la présence d'un écoulement fluidique en spirale engendré par le dispositif selon l'invention, figures dans lesquelles un tube vertical en matière plastique transparente est

représenté partiellement.

Le procédé de génération d'un écoulement en

spirale et un dispositif pour sa mise en oeuvre conformé-

ment à la présente invention vont être décrits de façon plus

détaillée dans la suite en référence aux dessins ci-joints.

Sur la figure 1, à une extrémité du côté de grand diamètre d'un cylindre principal 1 comportant un corps dont le diamètre est supérieur à celui d'une canalisation 9 ( visible sur le côté droit du dessin), un cylindre

secondaire 2 est relié au cylindre principal par l'intermé-

diaire d'une fente annulaire 3. Une surface de paroi 31 de la fente annulaire 3 placée du côté du cylindre principal est

uniformément incurvée de façon à rejoindre une paroi inté-

rieure 11 du cylindre principal, tandis qu'une surface de paroi 32 de la fente annulaire 3 placée du côté du cylindre secondaire est incurvée de façon à rejoindre la paroi intérieure 21 du cylindre secondaire 2. A une extrémité opposée du cylindre principal 1 ( sur le côté gauche du dessin), une canalisation est reliée au cylindre principal 1 dont le diamètre est réduit graduellement jusqu'à un diamètre

égal à celui de la canalisation, selon un profil conique.

Comme le montrent les figures 1 et 2, le cylindre principal 1 peut être pourvu d'un profil conique commençant directement à la fente annulaire. Egalement, comme le montrent les figures 3 et 4, le cylindre principal 1 peut être profilé de la même façon en comportant une partie cylindrique 12 disposée entre la partie conique 1 et la fente

annulaire 3.

Dans le cas o une surface de paroi 32 de la fente 3 placée du côté du cylindre secondaire est coudée à angle droit pour rejoindre une paroi intérieure 21 du

cylindre secondaire 2, le cylindre secondaire 2 est un cylin-

dre droit ayant la forme indiquée sur la figure 1 alors que, dans le cas o la surface de paroi 32 de la fente 3 placée du côté du cylindre secondaire est coudée selon un angle aigu pour rejoindre la paroi intérieure 21 du cylindre secondaire 2, ce cylindre secondaire 2 est un cône ouvert vers l'extérieur et ayant la forme indiquée sur la figure 3. En outre dans le cas o la surface de paroi 32 de la fente 3 placée du côté du cylindre secondaire est coudée selon un angle obtu de façon à rejdndre la paroi intérieure 21 du cylindre secondaire 2, ce cylindre secondaire 2 est un cône fermé vers l'extérieur

et ayant la forme indiquée sur la figure 9.

Les figures 5 à 8 sont-des vues en coupe échelle agrandie de différentes fentes réalisées lorsque la surface de paroi 32 de la fente 3 placée du côté du cylindre secondaire est coudée à angle droit de façon à rejoindre la

paroi intérieure 21 du cylindre secondaire 2.

Sur la figure 5, dans une position extrême o la surface de paroi 31 de la fente 3 placée du côté du cylindre principal est incurvée uniformément et rejoint complètement la paroi intérieure 11 du cylindre principal 1, c'est-à-dire dans une position correspondant à la surface de paroi intérieure 11 du cylindre principal 1, la surface de

paroi 32 de la fente 3 placée du côté du cylindre secondaire -

est incurvée de façon à rejoindre la paroi intérieure 21 du cylindre secondaire 2. Sur la figure 6, dans une position de départ o la surface de paroi 31 de la fente 3 placée du côté du cylindre principal commence à être incurvée urniformément avant de rejoindre la paroi intérieure 11 du cylindre principal, c'est-à-dire dans une position correspondant au point A, la surface de paroi 32 de la fente 3 placée du côté du cylindre secondaire est incurvée de façon à rejoindre la paroi intérieure 21 du cylindre secondaire 2. Sur la figure 7, avant une position de départ o la surface de paroi 31 de la fente 3 placée du côté du cylindre principal commence à être incurvée graduellement avant de rejoindre la paroi intérieure 11 du cylindre principal 1, c'est-à-dire

dans une position correspondant au point B, la paroi inté-

rieure 32 de la fente 3 placée du côté du cylindre secondaire L-15 -est incuerv e-de--faon-à rejoindre la paroi intérieure 21 du

cylindre secondaire 2.

Une des structures de fentes représentées sur les figures 5 à 7 est choisie de façon appropriée en prenant en considération différents facteurs comme les dimenions du dispositif, la pression et le débit de fluide sous pression à utiliser, le type de fluide dans lequel un écoulement en spirale est engendré et en outre, lorsque l'écoulement en spirale est utilisé pour un transport, le type de substance à transporter, la masse spécifique et les dimensions de la substance, etc., de telle sorte qu'un objectif désiré puisse

être atteint en consommant le minimum d'énergie.

En outre il est possible de donner à la fente annulaire 3 une forme telle qu'elle soit inclinée, comme indiqué sur la figure 8, sans être limitée à la disposition verticale par rapport à la paroi intérieure 11 du cylindre

principal 1 comme le montrent les figures 5 à 7.

Il est préférable de réaliser une structure telle que la largeur de la fente annulaire 3 soit librement adaptable à la jonction entre le cylindre principal et le cylindre secondaire, du fait que la largeur doit être réglée en correspondance à la quantité de fluide à faire passer

dans la fente.

En pratique, comme le montrent les figures 1, 3 ou 4, quand un cylindre extérieur 4 directement raccordé au cylindre principal 1 est relié au cylindre secondaire 2 au moyen d'une liaison filetée 41, il est possible de régler librement la largeur de l'intervalle annulaire 3 par vissage du cylindre secondaire 2 dans le cylindre

extérieur 4.

Dans le cas o le fluide intervenant dans l'écoulement en spirale est de l'air, le côté extrieur du

cylindre secondaire peut être ouvert en direction de l'atmos-

phère, sur le côté opposé à la fente, comme le montrent les figures 1, 3 et 4. Dans le cas d'un fluide autre que l'air, son côté extérieur est fermé par une plaque de base 22, comme le montre la figure 2, et le fluide peut être introduit par l'intermédiaire d'un tube secondaire d'introduction de fluide 5. La raison pour laquelle le cylindre principal comportant un corps pourvu d'un diamètre supérieur à celui de la canalisation est utilisé et est en outre relié à la canalisation par réduction graduelle de son diamètre en direction de l'extrémité éloignée de la fente jusqu'à une valeur égale à celle de la canalisation, avec un profil conique, consiste en ce que le vecteur d'orientation radiale peut être appliqué au fluide s'écoulant dans le cylindre principal dans la direction axiale de la canalisation en vue

de produire facilement un mouvement en spirale.

La partie conique peut avoir une forme tronco-

nique comme le montre les figures 1 à 4; cependant il est préférable de lui donner une forme qui permette d'obtenir des

lignes d'écoulement plus uniformes.

Un angle d'inclinaison 0 de la partie conique ( cf. figure 1) est choisi de préférence de façon à obtenir

pour tanqente 0 une valeur comprise entre 1/4 et 1/8.

Un rapport d'étranglement de la partie conique, c'est-à-dire le rapport entre le diamètre intérieur du

cylindre principal et le diamètre intérieur de la canalisa-

tion est de préférence choisi à une valeur comprise entre environ 1/2 et 1/5. En d'autres termes, le rapport entre les sections droites est compris entre 1/4 et 1/25. Il en résulte que la vitesse d'écoulement du fluide dans la canalisation est augmentée à une valeur qui est de 4 à 25 fois supérieure

à la valeur existant à l'intérieur du cylindre principal.

Un moyen approprié peut être adopté pour introduire un fluide sous pression sur le côté extérieur de la fente annulaire ( le côté de la paroi extérieure qui est situé entre le cylindre principal 1 et le cylindre secondaire 2). Ainsi, comme le montrent les figures 1 à 4, il est prévu une chambre 6 de distribution de fluide sous pression qui entourUe le cyindre principal 1 ( par utilisation de l'intervalle formé entre la paroi intérieure du cylindre extérieur 4 relié au cylindre principal 1 et la paroi extérieure du cylindre principal 1) de façon à établir une communication entre la chambre 6 de distribution de fluide sous pression et le côté extérieur de la fente 3 par

l'intermédiaire d'une partie de communication 61.

Dans cette structure, lorsqu'un fluide est introduit dans la chambre 6 depuis l'extérieur et par l'intermédiaire d'un tube 7 d'alimentation en fluide sous pression, ce fluide sous pression est uniformément introduit

dans le côté extérieur de la fente annulaire 3 par l'inter-

médiaire de la partie de communication 61.

En outre comme le montre la figure 9, il est également possible de relier directement une chambre de distribution de fluide sous pression 6 ayant une forme de

coque creuse avec le côté extérieur de la fente annulaire 3.

Quand le dispositif de génération d'écoulement

de fluide en spirale est utilisé pour transporter des parti-

cules solides ou d'autres substances à transporter par l'intermédiaire d'une canalisation, puisqu'il se produit un processus selon lequel un fluide venant de l'extérieur est aspiré par l'entrée du cylindre secondaire, dans le cas o la substance à transporter est une substance légère, fine et pulvérulente, cette substance peut être transportée dans la direction de la canalisation, en étant aspirée en même temps qu'un fluide externe par une simple introduction de la substance à proximité de l'orifice d'entrée du cylindre secondaire. il Cependant, du point de vue de la commande de la quantité de substance transportée ou bien de l'interdiction de pénétration de poussières, il est préférable J'introduire le tube 8 d'alimentation en substance transportée, à partir du côté extérieur du cylindre secondaire, dans la direction axiale du cylindre principal, comme le montrent les figures 2 ou 4, de façon à introduire la substance transportée

par l'intermédiaire du tube 8.

Pour introduire des particules solides par l'intermédiaires du tube 8 d'alimentation en substance transportée, on peut utiliser au choix plusieurs moyens

connus tels que des transporteurs à vis sans fin par exemple.

On va maintenant décrire dans la suite le fonctionnement du dispositif conforme à l'invention en prenant pour exemple typique celui o le fluide est de l'air

dans lequel un écoulement en spirale est engendré.

Lorsque de l'air sous pression ( un fluide primaire) est introduit à l'intérieur de la fente 3 à partir de son côté extérieur et à grande vitesse, l'air suit des lignes d'écoulement ( qui sont indiquées par des flèches c sur les figures 1 à 4) qui sont inclinées en direction du cylindre principal à la sortie de la fente et en fonction des conditions aérodynamiques ( appelées effet Coanda); il en résulte qu'une zone de vide ou de dépression est créée sur le côté des lignes d'écoulement qui est dirigé vers le cylindre secondaire. Puisque de l'air extérieur ( un fluide secondaire) est introduit par le côté opposé du cylindre secondaire dans la zone de vide ( comme indiqué par les flèches p sur les figures 1 à 4), un vecteur de mouvement correspondant à l'écoulement d'air provenant de la fente et un vecteur d'écoulement correspondant à l'air provenant de l'extérieur du cylindre secondaire sont combinés pour former un écoulement

d'air se déplaçant en direction de la canalisation à l'inté-

rieur du tube cylindrique.

En outre l'effet Coanda précité définit une tendance d'un jet de gaz ou de liquide à s'écouler à proximité

d'une surface de. paroi incurvée le long de son orientation.

même si la direction axiale du jet s'écarte de celle de la surface de paroi incurvée, cet effet étant considéré comme

applicable à des éléments fluidiques.

La quantité d'air s'écoulant dans le tube cylindrique est augmentée jusqu'à une valeur plusieurs fois supérieure à celle introduite dans la fente, du fait que la quantité d'air introduit en provenance du cylindre secondaire

vient s'ajouter à la quantité précitée.

La pression de l'air introduit dans la fente

est de préférence d'environ 2 à 10 kg/cm2 ( 2 à 10 x 105 Pa).

Un vecteur d'orientation radiale est appliqué à l'écoulement d'air progressant dans le tube cylindrique en direction de la canalisation, du fait que l'écoulement diminue graduellement de diamètre. Ce vecteur d'orientation radiale est converti en un vecteur de rotation, ce qui produit un mouvement spiral en combinaison avec le vecteur

d'orientation rectiligne.

Dans de telles conditions, on a déjà produit un écoulement en spirale tournant dans la section droite de la canalisation et se déplaçant dans la direction axiale de cette canalisation dans une zone de plusieurs dizaines de centimètres ou moins à partir de l'entrée de la canalisation

ou bien dans la partie conique du cylindre principal.

Puisque l'écoulement en spirale proprement dit est formé par un gaz, bien qu'il soit impossible d'observer directement sa présence à l'oeil nu, on peut cependant

confirmer la présence de l'écoulement en spirale par utilisa-

tion d'un dispositif qui va être décrit dans la suite.

Le fait qu'un écoulement en spirale soit engendré lorsqu'un fluide passe dans un passage de petit diamètre ayant un profil convergent peut être compris à partir du fait qu'un vortex est engendré à proximité d'un orifice de vidange d'une baignoire en train d'être vidangée,

par exemple.

Bien que le fluide le plus généralement utilisé soit l'air, un écoulement en spirale peut être engendré dans différents gaz comme de l'azote, de l'hydrogène, etc., ou bien dans des liquides comme de l'eau, de la boue, etc., par

utilisation du dispositif conforme à la présente invention.

On ne rencontre aucune difficulté lorsque le fluide sous pression ( le fluide primaire) introduit par l'intermédiaire de la fente et le fluide secondaire aspiré ddns le cylindre secondaire en provenance de l'extérieur sont les mêmes ou sont différents l'un de l'autre. Par exemple le fluide primaire peut être de l'hydrogène et le fluide secondaire de l'azote. Cependant il est évidemment nécessaire que deux fluides mélangés soient combinés de façon appropriée de façon à ne pas produire une réaction

chimique anormale comme une explosion ou un autre incident.

Lorsqu'un écoulement en spirale doit être créé dans de la boue, il est préférable d'utiliser-de l'eau comme

fluide primaire et d'introduire la boue comme fluide secondai-

re de façon à empêcher l'obstruction de la fente.

Comme cela a déjà été précisé, un vecteur

créé perpendiculairement à l'écoulement de fluide, c'est-à-

dire dans sa direction radiale, produit une énergie servant à

engendrer un mouvement en spirale.

Dans le dispositif conforme à la présente invention, un vecteur d'orientation radiale est obtenu par étranglement de l'écoulement de fluide à l'intérieur du corps conique et par application à cet écoulement d'un vecteur d'entraînement en rotation. Cependant il est inévitable

que le vecteur d'entraînement en rotation s'atténue graduel-

lement lorsqu'il dépend seulement du corps conique. Si un autre vecteur d'orientation radiale peut être recréé au milieu de la canalisation, il est possible d'allonger la distance de production stable de l'écoulement de fluide en spirale.

Un procédé de création d'un vecteur d'orienta-

tion radiale au milieu de la longueur de la canalisation consiste à utiliser un dispositif conforme à la présente invention et agencé comme le montre la figure 9 sous la forme de dispositifs d'assistance qui sont répartis à intervalles régulièrement espacés dans une canalisation de grande longueur. Dans ce dispositif, le cylindre secondaire 2 est pourvu d'un profil conique fermé vers l'extérieur en l'observant depuis le côté de la fente comme indiqué sur la figure 9. Une extrémité de la première canalisation 91 est reliée à l'extrémité de petit diamètre du cylindre secondaire conique 2 -u dispositif tandis qu'une extrémité de la secondecanalisation 92 est reliée à l'extrémité de petit diamètre du cylindre conique principal 1 du dispositif.

En outre, dans un autre procédé de rétablisse-

ment d'un vecteur d'orientation radiale au milieu de la canalisation, lorsque cette canalisation est constituée d'une matière élastique, comme un tube en matière plastique ou un tube en caoutchouc ( ou un tube à garnissage en caoutchouc), puisque la canalisation élastique exerce en service un vecteur d'orientation radiale, sur la base d'une dilatation et d'une contraction dans la direction radiale, il

est possible d'augmenter la distance de stabilité de l'écou-

lement fluidique en spirale en reliant une canalisation formée d'un matériau élastique au dispositif conforme à la

présente invention.

Exemple 1

On a formé une portion verticale 93 d'une canalisation en utilisant un tube en matière plastique transparente, ayant un diamètre intérieur de 38, 1 mm comme indiqué sur la figure 10, de telle sorte qu'un écoulement en spirale engendré par le dispositif représenté sur la figure 4

puisse s'écouler de sa partie inférieure à sa partie supé-

rieure.

Des boulettes de résine synthétique ( forme de cylindre droit d'un diamètre de 5 mm et d'une longueur de mm) ont été introduites dans le tube 8 d'alimentation en substance transportée du dispositif représenté sur la figure 4. Lorsque la vitesse d'écoulement a été suffisamment grande, les boulettes se sont déplacées momentanément de la partie inférieure à la partie supérieure à l'intérieur de ce tube 93 disposé verticalement. Cependant, lorsque la vitesse d'écoulement a été réglée de telle sorte qu'un vecteur orienté vers le bas sous l'effet de la gravité des boulettes contrebalance un vecteur orienté vers le haut sous l'effet de l'écoulement, des boulettes sont restées dans une position constante à l'intérieur du tube vertical, par exemple dans une position désignée par A-A' sur la figure 10, en permettant ainsi d'observer le mouvement à l'oeil nu. La figure 11 est une vue en coupe faite selon la ligne A-A' représentée sur la figure 10 et qui montre qu'une boulette 94 est en train d'exécuter un mouvement de rotation comme indiqué par la flèche. Quand la partie A-A' a été pincée à la main pour réduire le diamètre du tube, du fait que la vitesse d'écoulement a augmenté dans cette portion, une boulette a été refoulée vers le haut et s'est déplacée jusque dans un point supérieur d'équilibre B-B' tout en poursuivant le mouvement de otation dans sa section droite. Dans ce cas il est à noter que les boulettes ne sont pas directement en contact avec la paroi intérieure 95 du tube. Cela s'explique par le fait qu'une couche annulaire d'air comprimé 96 est formée à proximité de la paroi intérieure 95 du tube par une force centrifuge engendrée sous l'effet de l'écoulement en rotation ( l'épaisseur de la couche annulaire d'air est représentée de façon exagérée sur le dessin; cependant en pratique, l'épaisseur est de l'ordre d'un micron). En conséquence, les boulettes exécutent une rotation dans un plan constant dans la zone de lisière entre la couche annulaire d'air et les boulettes sous l'effet d'un vecteur de rotation de l'écoulement en spirale et dans la condition d'équilibrage entre un vecteur orienté vers le haut et correspondant à l'écoulement en spirale et un vecteur orienté vers le bas et correspondant à la force de gravité s'exerçant

sur la boulette.

Lorsque la vitesse d'écoulement du courant augmente au delà de la condition d'équilibre, on se rend compte aisément que les boulettes se déplacent alors en

direction de la sortie en parcourant un trajet en spirale.

Lorsque le tube vertical est incliné graduelle-

ment à partir de la condition définie ci-dessus, des boulettes tournant dans un plan constant commencent à progresser vers le haut tout en continuant à tourner ( c'est-à-dire qu'il se produit un écoulement en spirale de petits pas). Lorsque l'angle d'inclinaison atteint une limite, les boulettes refoulées vers la sortie ( par exemple vers le haut dans ce

cas) disparaissent.

Exemple 2

Une canalisation de grande longueur a été réalisée en utilisant un tube en matière plastique transpa-

rente, présentant un diamètre intérieur de 38,1 mm et compor-

tant une partie de sortie ouverte vers l'atmosphère. La canalisation a été disposée avec certaines parties incurvées ou preésentant de fortes différences. Le dispositif représenté sur la figure 4 a été fixé sur une partie d'entrée de la canalisation et la vitesse moyenne d'écoulement dans la

canalisation a été réglée à 26 m/s.

Des boulettes de résine synthétique telles que celles utilisées dans l'exemple 1 ont été introduites de façon continue par l'intermédiaire du tube 8 d'alimentation en substance transportée, inséré dans la direction axiale du cylindre principal, et Qn a observé les boulettes par l'intermédiaire d'un flash stroboscopique placé au-dessus de la canalisation. Dans ce cas, il a été confirmé que les boulettes progressaient en direction de la partie de sortie

tout en décrivant une spirale.

En outre on a également observé que la vitesse des boulettes passant à proximité du centre'du tube était plus grande que celle des boulettes passant à proximité de la paroi du tube, c'est-i-dire qu'on a observé un phénomène

de survitesse.

En outre, malgré la longue durée de l'expé-

rience, on n'a constaté aucune rayure sur la paroi intérieure

molle du tube en matière plastique.

Exemple 3 En utilisant le dispositif de la présente invention représenté sur la figure 2, dans lequel le côté extérieur du cylindre secondaire 2 était fermé, on a relié

le tube d'introduction de fluide secondaire 5 à un réservoir.

deau et de l'eau sous pression a été introduite à partir du tube 7 d'alimentation en fluide sous pression de façon à produire un écoulement d'eau en spirale à l'intérieur de la canalisation transparente. Lorsque des grains de riz ont été introduits. au moyen lu tube 8 d'alimentation en substance transportée, on a observé que des grains de riz se déplacent en direction de la sortie de la canalisation tout en

rocuIsdntt le mouvement en spirale.

Comme décrit ci-dessus, les effets du procédé de génération d'un écoulement en spirale et du dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé conforme à la présente invention sont avantageux. Ces effets, qui ne sont pas réalisables par les techniques de l'art antérieur, peuvent être résumés comme suit: (1) Le dispositif conforme à l'invention peut facilement produire un écoulement de fluide en spirale qui soit stable

à l'intérieur d'une canalisation.

(2) Des particules solides peuvent être transportées en relation avec un écoulement en spirale engendré par le dispositif conforme à la présente invention. En outre puisque la couche annulaire de gaz comprimé est formée sur la paroi intérieure de la canalisation pour empêcher des particules solides en cours de transport d'être amenées en contact direct avec la paroi de la canalisation, la

matière formant cette canalisation est exempte d'usure.

(3) Puisque les particules solides transportées ne sont pas en contact direct avec la matière formant la canalisation du fait de la présence de la couche annulaire de gaz, la surface intérieure de la canalisation n'est pas contaminée par une substance spécifique. En conséquence il est possible de transporter différents types de particules solides de façon continue en passant d'une matière transportée à une

autre sans nettoyer la canalisation.

(4) Il est possible de transporter les particules solides de grandes dimensions, qu'il serait difficile de transporter

par les procédés de transport pneumatique de l'art antérieur.

(5) On peut envisager de nouveaux domaines d'application

de l'invention, comme par exemple les domaines de pulvérisa-

tion, de séchage, de séparation, de broyage, etc., en addi-

tion au domaine de transport mentionné ci-dessus.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1. Procédé de génération d'un écoulement de fluide en spirale, caractérise en cc qu'il comprend les étapes suivantes consistant à: préparer un dispositif de manière qu'une fente annulaire (3) soit formée entre une extrémité de grand diamètre d'un cylindre principal conique (1) comportant une extrémité de petit diamètre pouvant être raccordée à une canalisation et une extrémité d'un cylindre secondaire (2), une surface de paroi intérieure de la fente annulaire (3) placée du côté du cylindre principal (1) étant incurvée uniformément de façon à rejoindre une paroi intérieure (11) du cylindre principal, une surface de paroi intérieure (32) de la fente annulaire (3) placée du côté du cylindre secondaire (2) étant fortement coudée de manière à rejoindre une paroi intérieure (21) du cylindre secondaire

(2); et à introduire un fluide sous pression par l'intermé-

diaire de ladite fente annulaire (3) de façon à créer un écoulement en spirale à grande vitesse à l'intérieur de la canalisation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que le fluide sous pression est un gaz.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que le fluide sous pression est un liquide.

4. Dispositif pour engendrer un écoulement de fluide en spirale, caractérisé en ce qu'il comprend une structure dans laquelle un cylindre secondaire (2) est relié, par l'intermédiaire d'une fente annulaire (3), à une extrémité située du côté de grand diamètre d'un cylindre principal (1) comportant un corps ayant un diamètre supérieur à celui d'une canalisation, une surface de paroi de ladite fente annulaire (3) placée du côté du cylindre principal étant incurvée graduellement de façon à rejoindre une paroi intérieure (11) du cylindre principal (1), une surface de paroi de ladite fente annulaire (3) placée du côté du cylindre secondaire (2) étant incurvée de façon à rejoindre une paroi intérieure (21) du cylindre secondaire (2), une extrémité opposée dudit cylindre principal (1) étant graduellement réduite en diamètre à un degré tel qu'il soit

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égal à un diamètre de la canalisation de profil conique pour être relié à ladite canalisation; et en ce qu'il est prévu un moyen (5) pour introduire un fluide sous pression par un

côté extérieur de ladite fente annulaire (3).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite fente annulaire (3) formée à une jonction entre le cylindre principal (1) et le cylindre secondaire

(2) est réglable.

6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un tube (8) d'alimentation en substance transportée est inséré dans le cylindre secondaire(2) à partir de son côté extérieur et dans la direction axiale du cylindre

principal (1).

7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif est relié à la canalisation (91, 92),

formée d'un matérieu élastique.