Vortex-ilmiö (Ranque-Hilsch-ilmiö, eng. Ranque-hilsch- ilmiö ) - kaasun lämpötilaerotuksen vaikutus kierrettäessä lieriömäisessä tai kartiomaisessa kammiossa edellyttäen, että kaasuvirtaus putkessa ei kulje vain suoraan, vaan myös takaisin.
Kehälle muodostuu korkeamman lämpötilan pyörteinen virtaus ja keskustasta poistuu jäähdytetty virtaus vastakkaiseen suuntaan. Yleinen väärinkäsitys on, että lämpötilaerotus tapahtuu siirtämällä kaasumolekyylejä pyörteen suorassa kulmassa (yhteen suuntaan). Mutta tällaiselle erottelulle ei ole olemassa fysiikan selittäviä syitä, kuten ei myöskään ole syitä keskuskimpun pyörimiseen vastakkaiseen suuntaan suhteessa reunaan. Keskijohdon ja reunan väliset mikropyörteet pyörivät vastakkaiseen suuntaan, koska johto pyörii suuremmalla nopeudella suhteessa kehään. Mutta ne pyörivät, kuten laakerin rullat, samaan suuntaan, johon ulkokerros ja keskinippu pyörivät. Lämpötilan erottuminen tapahtuu siirtämällä lämpöä puristetusta (ja siksi kuumasta) keskuskimpusta kumulatiivisen vaikutuksen tai imploosioiden kautta kokoonpuristamattomaan reunaan, jonka lämpötila on sama kuin sisääntulossa. Kun se liikkuu kohti "kuumaa" päätä, reuna lämpenee sitä kohti liikkuvasta puristetusta kuumasta keskuskimpusta, joka puolestaan jäähtyy. Että. putkeen muodostuva pyörte on kompressiotyyppinen lämpöpumppu, jossa on vastavirtalämmönvaihdin, joka pystyy siirtämään jopa 100 % lämpötilaerosta. Siksi lämpöerotusta varten vaaditaan paitsi eteenpäin, myös taaksepäin kulkeminen, kuten kuvassa. Koska nippu laajenee putkesta poistumisen jälkeen ympäristön paineeseen (ilmakehän paineeseen), putken "kylmistä" päästä lähtevän kaasun lämpötila on paljon alhaisempi kuin ympäristön lämpötila (jos "kuuma" pää ei ole tukossa), ja kaikki sen menettämä lämpö kulkeutuu kaasun mukana "kuumapäällä".
Vaikutuksen havaitsi ensimmäisen kerran ranskalainen insinööri Joseph Rank 1920-luvun lopulla, kun Rank laittoi kätensä vahingossa aiemmin keksimäänsä teollisuussyklonin puhdistetun ilman ulostuloaukkoon . Vuoden 1931 lopussa J. Rank jätti hakemuksen keksitystä laitteesta, jota hän kutsui "pyörreputkeksi" (kirjallisuudessa se löytyy "Rank-putkeksi"). Patentti oli mahdollista saada vasta vuonna 1934 Yhdysvalloissa [1] . Tällä hetkellä on toteutettu useita laitteita, jotka käyttävät vortex-ilmiötä - vortex-laitteita. Nämä ovat "pyörrekammioita" aineiden kemialliseen erottamiseen keskipakovoimien vaikutuksesta ja "pyörreputkia", joita käytetään kylmän lähteenä. Kokeet suoritettiin myös vortex-putkessa veden kanssa. Mutta sen alhaisemman kokoonpuristuvuuden ja suuremman lämpökapasiteetin vuoksi kaasujen kaltaista lämpöerotusta ei voitu saavuttaa. Vesi putken molemmista päistä tuli ulos samassa lämpötilassa - joko samassa lämpötilassa kuin tulolämpötila pienellä putkella tai korkeampi suuremmalla putkella.
Yli 20 vuoden ajan Rankin löytö pysyi huomaamatta, kunnes vuonna 1946 saksalainen fyysikko Rudolf Hilsch.ei julkaissut tutkimusta pyörreputken kokeellisista tutkimuksista ( saksaksi Die Expansion von Gasen im Zentrifugalfeld als Kälteprozeß ), jossa hän antoi suosituksia tällaisten laitteiden suunnittelusta. Siitä lähtien niitä on kutsuttu myös "Ranque-Hilsch-putkiksi".
1960 -luvulta lähtien pyörreliike on ollut monien tieteellisten tutkimusten kohteena. Vortex-ilmiön erityiskonferensseja järjestetään säännöllisesti esimerkiksi Samara Aerospace Universityssä .
On olemassa ja käytetään pyörrelämpögeneraattoreita [2] ja mikroilmastointilaitteita. [3] . Jäähdytystehokkuus efektiä käytettäessä on alhainen ja pienempi kuin perinteisten jäähdytyslaitteiden hyötysuhde [4] , Ranque-putkia käytetään tilanteissa, joissa vaaditaan laitteen yksinkertaisuutta tai kun muita energialähteitä ei ole paineilmaa lukuun ottamatta .