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涡流管能量分离过程的实验研究

马廷全  
【摘要】: 涡流管是一种结构极为简单的制冷装置,它由喷嘴、涡流室、分离孔板、热阀以及冷热两端管组成。高压气体沿切向进入涡流室,形成很强的涡流;由于冷端孔板的阻隔,外层气流便高速螺旋状向热端管运动,流动的涡流特性也同时向热端管运动而逐渐减弱。外层气流的运动引起热端管的内芯部形成由热阀指向冷孔板的压力梯度。在这种压力梯度的作用下,形成由热阀向冷孔板流动的返流。气体在热端管的流动过程中,外层气流温度升高,内层返流温度降低,高温气流从热端阀流出,低温气体通过冷孔板流出,从而将进涡流管的气流分离为冷热两股温度不同的气流。 本实验是在进口压力范围为 0.25MPa~0.70MPa,出口背压为0.19MPa~0.34MPa之间,总流量范围为0~30m~3/h(常温常压下),入口温度为12℃~32℃之间的情况下进行的。 在本研究中,我们设计并建立了涡流管能量分离实验系统。这一系统包括实验装置和实验测试系统。在详细分析实验系统可能产生误差原因的情况下,提出了减小实验误差的相应措施。 在大量实验研究的基础上,证实了在入口压力0.25MPa~0.7MPa之间,入口温度(从12℃~32℃之间)对涡流管的冷热效应有一定的影响,并且随着入口温度的升高,涡流管的制冷性能增加,而制热性能有所降低。 通过反复和大量的实验研究,第一次得出了出口背压(从0.19MPa~0.34MPa之间)对涡流管能量分离具有重大影响的研究结论。这一结果为涡流管的性能调节提供了一种十分有效的方法。 对涡流管性能受冷气流分量的影响进行了实验研究。冷气流分量是影响涡流管性能的因素之一。在其它参数一定的情况下,可以通过调节冷气流分量来改变涡流管的性能指标。为涡流管的实际应用提供了一定的参考数据。 一 通过大量的实验研究表明,入日压力是引起涡流管能量分离的一个重要参 数,在人口压力为0.20*P:时,冷热分离不明显:当入曰压力达到O.25*k以 及一直到060MPa过程中,随着入口压力的升高,涡流管能量分离非常显著; 比如,在n=44.S%时,入日压力为0.25MPa、0.40MPa、0.60MPa时的冷热分离 效应分别是 19.3℃、29.3℃、75.5℃;但当入日压力大到一定程度,各量增大 趋势变缓。 喷嘴结构对涡流管性能指标具有重大影响。在本实验范围内,对三种形状 和尺寸的喷嘴进行了测量,从实验结果来看六个流道均匀布置的喷嘴具有最佳 的效果。 通过以上一系列的实验研究以及理论分析,对涡流管进一步的研究提出一 些设想,并对涡流管的应用前景进行了展望。


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