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锥形双回路涡流管的内部流动与性能分析

张歌  
【摘要】:涡流管是一种较为常见的能量分离装置,由于其结构简单轻巧,运行稳定,因此在某些相对特殊的领域经济实用。但其具有复杂的内部流动状态,并且迄今为止缺乏系统的理论分析,因此研究涡流管既具有实用价值又具有学术意义。 为了提高涡流管的能量分离性能,本文提出了一种锥形双回路涡流管装置,即涡流管的热端管采用锥形管的结构,并且利用热端附加回路的进气来推动涡流管中冷气回流。本文将数值模拟和实验这两种方法的结果进行对比分析,首先研究喷嘴最小矩形横截面、热端管锥度、附加入口直径及阻涡器等结构参数的影响,并对涡流管装置进行了结构优化;其次分析了入口压力、附加入口压力以及冷流率等操作参数对涡流管性能的影响;最后对结构参数和操作参数进行了匹配分析。 通过数值模拟和实验分析得到了各个性能参数对涡流管的影响趋势以及最优值,发现在最优的参数匹配情况下,涡流管的制冷效率可以达到23%。 数值模拟的结果与实验结果有一定的差异,因为涡流管内部湍流流动复杂,而现今的数值模拟手段对于较复杂的湍流流场还不够精确,并且实验中操作参数会随着外界环境稍有变动,而模拟中采用的是恒定值。


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