Вихревая труба с
акустической закруткой потока в камере
Питаемые сжатым воздухом вихревые трубы (ВТ) безынерционны и безотказны в работе. В роли дешевого «точечного» источника холода ВТ применены во многих отраслях промышленности, главным образом там, где из-за габаритных, экологических и иных ограничений невозможно использовать «традиционную» холодильную технику [1].
Но преимущества ВТ реальны лишь тогда, когда она как дополнительный потребитель питается сжатым воздухом из заводской или бортовой пневмосети. Если рядом с охлаждаемым объектом пневмосети нет и для питания ВТ потребовалось бы разместить индивидуальный компрессор,  система «воздушный компрессор – ВТ» во многих случаях неконкурентоспособна в сопоставлении с другими средствами охлаждения.
Как воспользоваться преимуществами ВТ, но исключить зависимость ее от громоздкого компрессора, требующего квалифицированного обслуживания? На первый взгляд, ответ прост: закрутку воздушного потока в вихревой камере необходимо осуществить «безмашинным» способом, не прибегая к сжатию рабочего тела вне ВТ.
Например, в 1980-х годах опубликовано описание  изобретения, автор которого не вихревик-исследователь, а профессиональный “генератор изобретательских решений”, за несколько лет получивший более 1000 авторских свидетельств во многих областях. В соответствии с этим изобретением в вихревую камеру встроена «мешалка», вращающаяся с необходимой частотой вблизи диафрагмы. «Мешалка» имеет вид шарика, бегущего по внутренней поверхности вихревой камеры. Шарик из ферромагнитного материала имеет диаметр около 10-30% от диаметра вихревой камеры и приводится во вращение вокруг её оси бегущим магнитным полем. Поле генерируется системой электрических катушек, радиально расположенных вокруг ВТ.
Конструкция проста, но, видимо, автору некогда было проверить её работоспособность в потоке других (очень разных) изобретений. За истекшие 20 лет не появились сообщения о том, что ВТ с шариком-«мешалкой» воплощена в металле, и что в ней действительно удалось наблюдать эффект вихревого энергоразделения (эффект Ранка).
Не станем перечислять сомнения в работоспособности этой «бескомпрессорной» конструкции и перейдём от названного прототипа к новому  решению, которому посвящена эта сигнальная статья:  удалим из вихревой камеры последнюю подвижную деталь – шарик, а систему электрических катушек вокруг вихревой камеры заменим акустическим насосом Коноваленко [2] в форме одного или нескольких «силовых поясов» на внутренней поверхности камеры (рис. 1).
 
Рис. 1. Сечение силового пояса.
Её наружная поверхность для уменьшения акустического излучения в окружающую среду покрыта слоем звукоизолирующего материала (на рис. 1 не показан) необходимой толщины, например, пенополиуретана.
На рисунке 1 показано поперечное сечение такого «силового пояса» из пьезокерамических пластин, прослоенных изоляцией. Пьезокерамические пластины подключены к трёхфазному генератору соответствующей частоты, как показано на рисунке. Благодаря такому подключению в камере создаются бегущие волны сжатия, приводящие во вращение воздух в камере. С увеличением частоты вращения вихря растёт радиальный градиент давления в потоке – первое условие для осуществления температурного разделения слоёв вихря в камере.
Здесь мы не останавливаемся на том как в ВТ создаются другие необходимые условия для осуществления эффекта Ранка: управление степенью турбулентности потока сжимаемой среды, разделение в противотоке охлаждённой и нагретой частей вихря и их рециркуляция, др.
Перейдем к простейшей численной оценке. Если принять внутренний радиус трубы равным ~ 5 мм, длина окружности составит ~ 0,03 м, значит, для окружной скорости  ~ 330 м/с необходимое число оборотов составит 11000 об/с. Звук с частотой 11 кГц достаточно неприятен, а мощность его должна быть не очень маленькой. Однако, при 3-кратном замедлении вращения акустического поля в трубке мы уйдём в ультразвук с частотой 33 кГц, что уже кажется приемлемым (Правда, кошкам и собакам такой холодильник будет не по нутру, но что ж поделаешь). Для такого замедления потребуется разместить по окружности трубы три тройки излучателей, то есть на каждую тройку придется примерно по 10 мм. Иначе говоря, нужны излучатели толщиной ~ 2 мм, с зазором между ними около 1 мм с таким расчётом, чтобы каждый такой блок мог уместиться на 10 мм. Подобные пьезокерамические излучатели легко изготовить.
Трёхфазный генератор с частотой в десятки килогерц не очень простой агрегат. Поэтому, несмотря на практически идеальный характер создаваемой им бегущей волны, возможно применение импульсного питания пьезокерамических пластин (наподобие питания шаговых двигателей). Вполне возможно, что, несколько потеряв в "идеальности" волны, можно существенно выиграть в простоте конструкции. Конечно, ответ на это может дать только испытание образца.
Показанная на рис. 1 вихревая камера может заинтересовать разработчиков теплотехнического и химико-технологического оборудования (независимо от того насколько удачно сочетается акустическая закрутка вихря с «холодильными» приложениями эффекта Ранка): не имеющие подвижных и изнашивающихся частей «безлопаточные мешалки» актуальны всегда.
Литература
1. Азаров А.И. Вихревые трубы нового поколения // Конструктор. Машиностроитель. 2007. № 3. С.18-24.
2. Коноваленко В.А. Акустический насос «Виртуальный мир».-1999.(http//att-vesti.narod.ru).