渦流管結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化與性能實驗研究.pdf

1、渦流管結(jié)構(gòu)簡單，無運動部件，能將高壓氣體分離成冷熱兩股氣流。其獨特的優(yōu)點是重量輕、體積小、可靠性高。因此雖然其制冷效率偏低，但在需要同時制冷制熱及一些特殊用途場合得到了廣泛應用。目前對渦流管能量分離機理的認識尚不完全統(tǒng)一，通過對渦流管內(nèi)部流動的數(shù)值模擬和實驗研究，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，設計了渦流管實驗樣機，并改進噴嘴環(huán)端

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

3、趨勢與實驗結(jié)果是一致的，而紊流模型對數(shù)值模擬結(jié)果影響不明顯。
　　(2)實驗結(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)。在所有實驗工況下均存在一個最佳冷流比，渦流管在該冷流比條件工作時冷端溫降最大;渦流管制冷量也存在相似的趨勢，但二者達到最大值時對應的冷流比值不同。
　　(3)對三種冷端孔徑的渦流管性能實驗結(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性能均最佳，在

4、進口壓力為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)對使用切線型噴嘴和收縮型噴嘴的兩種渦流管性能實驗表明，改進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)實驗結(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口壓力的升高而增大，制冷性能系數(shù)COP則隨著進口壓力的升高而降低