六流道喷嘴涡流管流动与传热数值模拟

为了研究涡流管内部的能量分离机理,建立了六流道喷嘴涡流管的三维数值计算模型,采用Realizable k-ε模型对涡流管的速度和温度分布进行数值模拟,并将涡流管无量纲总温的径向分布与其他研究者的结果进行对比,验证了模拟结果的准确性。结果表明:保持入口压力不变,涡流管的制冷效应随着冷流率的增大呈现先增大后减小的趋势,存在着一个最佳制冷效应;涡流管内存在着内旋流、外旋流和循环流,循环流的存在使内旋流的能量传递到外旋流中,使得涡流管内存在能量分离现象;能量分离主要发生在涡流室区域附近。     

基于正交试验方法的涡流管优化设计

为了寻求涡流管最大能量分离效果的最优化几何尺寸参数,该文探讨了喷嘴数目、分离孔板直径、涡流管长度、热端调节阀角度对涡流管最大制冷效应的影响,并采用极差分析法分析了试验结果。得出:喷嘴数目对涡流管能量分离影响程度最大,而调节阀锥度的影响程度最小,涡流管长度和分离孔板直径对其影响程度处在两者之间。该文利用正交试验法设计涡流管实验,为涡流管的研究提供了一个新的思路。     

三流道喷嘴涡流管能量分离特性的研究

涡流管是一种可以产生冷热分离效应的结构简单的装置,尽管其在结构和操作上非常简单,但管内发生的能量交换过程却极其复杂。以压缩空气作为涡流管的工作介质,对涡流管能量分离特性进行了实验研究,获得了涡流管制热效应、制冷效应与进气压力以及冷流率之间的关系。研究结果表明:在冷流率 μ_c<85％时,喷嘴进口压力愈高,三流道喷嘴涡流管的制冷效应愈好,制热效应也愈好;冷流率愈高,三流道喷嘴涡流管的制冷效应愈差,但三流道喷嘴涡流管的制热效应愈好。     

超音速分离管在天然气制冷液化领域中的研究进展

超音速分离管是一种新型、高效的天然气制冷设备。该装置因具有节能、结构简单、性能可靠等优点,在天然气脱水脱烃中己经获得了成功的应用,并在小型天然气液化装置中有良好的应用前景。文中介绍了超音速分离管的工作原理以及在天然气制冷液化领域中的研究进展,并对该装置中分离管的设计方法及影响制冷、分离效果的因素进行了分析。     

新型涡流管的制冷特性研究

以新型涡流管为研究主体,通过实验,研究涡流管操作参数对涡流管性能的影响。根据实验数据,分析改变温度压力等操作参数对涡流管能量分离效应的影响。试验结果表明:当提高涡流管进气温度,其冷热两端出气温度升高,但并不影响涡流管的制冷效率;增加涡流管进气压力会提高涡流管制冷效应,并在冷流率为0.2时效果最明显;制冷效率随节流阀开度增加而增加且最终趋于稳定,而制热效率则随节流阀开度增加而减小并最终趋于稳定。     

涡流管能量分离过程实验研究

利用涡流管部分轴线温度测量实验装置,考虑到进气压力和涡流室结构对涡流管能量分离过程的影响,针对不同进气压力和不同涡流室结构的涡流管部分轴线温度分布进行了实验研究。根据实测结果,得到了进气压力及涡流室几何结构对涡流管部分轴线温度分布的影响曲线。在此基础上,根据实验结果并结合热力学原理对涡流管制冷的物理行为作了分析。结果表明:涡流导致涡流室中心区域气流膨胀是涡流管产生制冷效应的一个重要原因。     

涡流管性能的热力学分析

涡流管是一种新型的能量分离装置,热力学参数和几何参数对其的性能影响很大。该文依据热力学第一、第二定律,建立了涡流管能量分离过程热力学模型,将不可逆过程可用能损失归结为热量火用收益和压力损失两部分,获得了一种基于热力学火用分析的涡流管性能优化新途径。结合不同进气压力、喷嘴数和冷端出口直径的涡流管能量分离性能实验,得到上述诸因素对涡流管能量分离过程中火用变化的影响,通过对能量分离过程中热量火用收益和压力损失的比较,实现了涡流管能量分离性能的优化设计。     

涡流管能量分离过程的热力学模型

根据工程热力学理论对涡流管工作过程进行了热力学分析,在h—s图上定性地表示出热力过程,获得了过程中相关参数的计算公式。通过对管内能量分离过程热力学分析,借助J．Mischner的热力学熵增理论,获得了涡流管内能量分离效应与冷气流率的函数关系式,建立了完整的涡流管能量分离过程的热力学模型。     

涡流管能量分离物理机制研究进展

发生在涡流管内的流动规律以及由此所产生的能量分离效应异常复杂。至今没有一种精确的理论能够从本质上解释其效应。但仍有研究者提出了各种各样的理论模型,以期揭示其能量分离物理机制。就国内外对涡流管能量分离效应物理机制的研究动态及成果作了较全面的论述,根据今后涡流管的发展方向,对下一步的研究工作给予了前景性的展望,提出了进一步开展涡流管相关研究工作应解决的问题与途径。     

冷端孔径及进口压力对涡流管性能影响的实验研究

设计了涡流管实验样机,在不同进口压力和冷流比工况下,实验测量了三种冷端孔径的涡流管性能,并分析了冷端孔径、喷嘴环端面间隙及进口压力对涡流管性能的影响。实验结果表明,冷端孔径为5mm的涡流管降温及制冷性能最佳,最佳冷端孔径与涡流管径之比为0.5。在进口压力为0.4MPa工况下,其冷端最大温降分别比冷端孔径为4mm和6mm的涡流管大6.1℃和2.9℃,最大制冷量分别大30.2%和5.4%;在所有进口压力工况下,对应于最大冷端温降的最佳冷流比约为0.5,而对应于最大制冷量的最佳冷流比约为0.65。在进口压力为0.3~0.5MPa范围内,涡流管冷端温降和制冷量均随着进口压力的升高而增大,且进口压力越高,冷端温降的增长速度越慢;制冷性能系数COP随着进口压力的升高而降低,而等熵温度效率则几乎不随进口压力改变而变化,仅是冷流比的函数。同时,实验发现,喷嘴环端面间隙对涡流管能量分离效应影响很大,设计制造过程中必须消除其影响。