渦流管結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化與性能實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、渦流管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，能將高壓氣體分離成冷熱兩股氣流。其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、體積小、可靠性高。因此雖然其制冷效率偏低，但在需要同時(shí)制冷制熱及一些特殊用途場(chǎng)合得到了廣泛應(yīng)用。目前對(duì)渦流管能量分離機(jī)理的認(rèn)識(shí)尚不完全統(tǒng)一，通過(guò)對(duì)渦流管內(nèi)部流動(dòng)的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，以優(yōu)化其結(jié)構(gòu)、提高渦流管性能具有重要意義。
　　本文首先根據(jù)給定工作條件確定了渦流管主要部件，如噴嘴、渦室、熱端管及冷端孔板等的尺寸，設(shè)計(jì)了渦流管實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并改進(jìn)噴嘴環(huán)端

2、面密封形式以消除端面間隙的影響。其次，用CFX軟件對(duì)渦流管內(nèi)部流動(dòng)進(jìn)行了模擬，分析了幾何參數(shù)對(duì)渦流管能量分離和流動(dòng)的影響。第三，對(duì)渦流管性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)比較了兩種噴嘴通道對(duì)渦流管性能的影響，在不同進(jìn)口壓力條件下實(shí)驗(yàn)測(cè)量了三種冷端孔徑的渦流管性能，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)渦流管結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論:
　　(1)數(shù)值模擬結(jié)果表明，渦流管內(nèi)的強(qiáng)旋流動(dòng)形成冷熱流體分離現(xiàn)象，冷端出口孔徑對(duì)渦流管性能據(jù)有較大影響，其

3、趨勢(shì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的，而紊流模型對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果影響不明顯。
　　(2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，冷流比是影響渦流管冷端溫降和制冷量的重要工作參數(shù)。在所有實(shí)驗(yàn)工況下均存在一個(gè)最佳冷流比，渦流管在該冷流比條件工作時(shí)冷端溫降最大;渦流管制冷量也存在相似的趨勢(shì)，但二者達(dá)到最大值時(shí)對(duì)應(yīng)的冷流比值不同。
　　(3)對(duì)三種冷端孔徑的渦流管性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較表明，在其他幾何參數(shù)不變的條件下，冷端孔徑為5mm的渦流管在不同壓力條件下工作時(shí)性能均最佳，在

4、進(jìn)口壓力為0.5MPa工況下，其冷端最大溫降分別比冷端孔徑為4mm和6mm的渦流管大4℃和1.8℃，制冷量分別大26.9％和18.4％。
　　(4)對(duì)使用切線型噴嘴和收縮型噴嘴的兩種渦流管性能實(shí)驗(yàn)表明，改進(jìn)后的收縮流道噴嘴渦流管性能較佳，其冷端溫降最大提高了約26.6％。
　　(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0.3MPa～0.5MPa范圍內(nèi)，渦流管冷端溫降和制冷量均隨著進(jìn)口壓力的升高而增大，制冷性能系數(shù)COP則隨著進(jìn)口壓力的升高而降低