ورتکس تیوب چیست؟ همه چیز درباره لوله گردابه‌ای
محمدمهدی رزاقی در گفت‌وگو با خبرنگار ایمنا اظهار کرد: ورتکس تیوب یا همان لوله گردابه‌ای در نگاه اول وسیله‌ای ساده و حتی عجیب به نظر می‌رسد، شما با یک لوله فلزی توخالی روبه‌رو هستید که هیچ قطعه مکانیکی متحرکی درونش ندارد، اما همین ابزار ساده می‌تواند هوای فشرده‌ای که واردش می‌شود را به دو جریان به‌طورکامل متفاوت تبدیل کند؛ یک جریان سرد و یک جریان گرم، اصل کارکرد این وسیله بر پایه قوانین ترمودینامیک، دینامیک سیالات و اثر گردابه استوار است.
وی افزود: وقتی هوای فشرده از طریق نازل‌های مخصوص وارد ورتکس تیوب می‌شود، با زاویه‌ای خاص وارد محفظه می‌گردد. این ورود زاویه‌دارموجب می‌شود گاز با سرعت بسیار بالا شروع به چرخش کند. در واقع درون تیوب یک گردابه عظیم شکل می‌گیرد؛ چیزی شبیه همان گردبادهایی که در طبیعت می‌بینیم، با این تفاوت که در مقیاس کوچک‌تر و در فضای بسته اتفاق می‌افتد، این جریان چرخشی، نیروی گریز از مرکز ایجاد می‌کند و گاز را به سمت دیواره‌های لوله می‌راند.
کارشناس هوا فضا گفت: حالا اتفاق جالبی رخ می‌دهد این است که گازهایی که در لایه‌های بیرونی گردابه قرار دارند، تحت فشار بیشتری قرار می‌گیرند، چون نیروی گریز از مرکز آنها را به دیواره‌ها می‌چسباند، این فشردگی بیشتر به معنای افزایش دماست؛ بنابراین لایه‌های بیرونی داغ‌تر می‌شوند، برعکس، لایه‌های داخلی که در نزدیکی محور لوله قرار دارند، دچار افت فشار و در نتیجه انبساط می‌شوند.
رزاقی اضافه کرد: انبساط گاز نیز طبق قانون ژول-تامسون موجب کاهش دما خواهد شد، این همان مکانیسم اصلی جداسازی گرما و سرما در ورتکس تیوب است، اگر بخواهیم تصویری ساده ارائه کنیم، کافی است یک سانتریفیوژ آزمایشگاهی را به یاد بیاورید، وقتی لوله آزمایش در سانتریفیوژ می‌چرخد، ذرات سنگین‌تر به دیواره می‌روند و ذرات سبک‌تر در مرکز باقی می‌مانند، در ورتکس تیوب هم وضعیتی مشابه رخ می‌دهد، با این تفاوت که این بار تفاوت نه در جرم ذرات، بلکه در انرژی جنبشی و دمای آنها است، گازهایی با انرژی بالاتر (داغ‌تر) به بیرون رانده می‌شوند و گازهایی با انرژی پایین‌تر (سردتر) در مرکز باقی می‌مانند.
وی تصریح کرد: ساختار خود ورتکس تیوب هم به شکلی طراحی شده است که این جداسازی حفظ شود، در انتهای تیوب دو خروجی وجود دارد؛ یکی در مرکز که جریان سرد از آن خارج می‌شود و دیگری در نزدیکی دیواره و انتهای لوله که جریان گرم را تخلیه می‌کند، میزان باز یا بسته بودن شیر کنترل در خروجی گرم نیز به کاربر اجازه می‌دهد تا نسبت جریان سرد به گرم را تغییر دهد و در نتیجه دمای خروجی سرد را تنظیم کند، از نظر علمی، توضیح پدیده ورتکس تیوب هنوز هم محل بحث‌های تئوریک است؛ گرچه اصل ماجرا به تراکم و انبساط در لایه‌های مختلف گردابه برمی‌گردد، اما اصطکاک میان لایه‌های سیال و انتقال انرژی جنبشی نیز نقش مهمی دارند، به بیان دیگر بخشی از انرژی از لایه‌های داخلی به بیرونی منتقل می‌شود و همین جابه‌جایی انرژی به اختلاف دمای بیشتر کمک می‌کند.
وی دادمه داد: ویژگی جالب ورتکس تیوب این است که بدون هیچ قطعه متحرکی، بدون موتور و حتی بدون برق می‌تواند این فرایند را انجام دهد، تنها نیاز آن یک منبع هوای فشرده است. به همین دلیل هم در بسیاری از صنایع که خط هوای فشرده به طور آماده وجود دارد، این ابزار به عنوان یک خنک‌کننده ساده، کم‌هزینه و قابل اعتماد استفاده می‌شود، برای ملموس‌تر شدن موضوع، تصور کنید هوایی با فشار حدود ۷ بار و دمای محیط (همچون ۲۰ درجه سانتی‌گراد) وارد ورتکس تیوب شود. پس از عبور از محفظه و تقسیم به دو جریان، می‌توان در خروجی سرد دمایی نزدیک به منفی ۳۰ یا حتی منفی ۴۰ درجه سانتی‌گراد داشت، در حالی که خروجی گرم ممکن است به بالای ۵۰ درجه برسد، این اختلاف دمای شگفت‌انگیز فقط با استفاده از قوانین طبیعی سیالات و ترمودینامیک به دست آمده است، بدون اینکه نیاز به سیکل تبرید یا کمپرسورهای پیچیده باشد.
کارشناس هوا فضا گفت: بنابراین، اصل کارکرد ورتکس تیوب بر یک قاعده ساده اما بسیار هوشمندانه استوار است:
- چرخش شدید گاز → ایجاد لایه‌های با فشار و دمای متفاوت
- انبساط لایه‌های داخلی → جریان سرد
- تراکم لایه‌های بیرونی → جریان گرم
- جداسازی این دو جریان از طریق طراحی هندسی لوله
همین سادگی در عین کارآمدی موجب شده ورتکس تیوب از زمان اختراعش در سال ۱۹۳۰ تا امروز همچنان مورد توجه مهندسان باشد.
منبع | ایمنا
