涡流管制冷试验分析.pdf

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1、78FLUIDMACHINERYVo1．39，No．5，2011文章编号：1005—0329(2011)05—0078—03涡流管制冷试验分析许敏字，张景松，雷蕾，张亚坤，高云鹏(中国矿业大学，江苏徐州221008)摘要：通过大量试验并结合参考文献资料进行了分析，认为涡流管温度分离模型为：压缩气体经喷嘴进入涡流室后分为三种流动情况，外旋流压缩，中间分界面，内旋流膨胀过程。内旋流膨胀是涡流管制冷的原因，而热管的热传递是涡流管主要的能量。‘关键词：涡流管；温度分布；冷流率中图分类号：TB657文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2011．05

2、．017ResearchonExperimentofVortexTubeXUMin。yu，ZHANGJing—song，LEILei，ZHANGYa‘kun，GAOYun—PeHg(ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xnzhou221008，China)Abstract：Thispaperdiscoversvortextubetemperatureseparationmode．Alotofexperimentswasconductedcompaniedwiththeoreticalresearch．Theexperimentsresu

3、ltsshowsthatthecompressionairgoesintothevo~exchamberthroughnozzle．Threedifferentflowconditionswasdivided：externalrotationalflowcompression，middleinterface，innerrotational／lowexpansion．Thepaperindicatedtheinnerrotationalflowexpansionisthereasonofrefrigerationofvo~extube，andthethermalconduct

4、ionisthemainenergyofthevortextube．Keywords：vo~extube；temperaturedistribution；flowrateofcoolair1前言嘴进入涡流管，由于空问的突然增大以及压力差，气体自然膨胀，同时由于气体切向速度非常大，相涡流管具有非常多的优点，比如结构简单，运对而言外旋流所受的离心力要大，所以外旋流被行可靠，成本低廉等。其中不是由电带动，而是压压缩，而内旋流不但受的离心力小，而且空间不像缩气体带动的工作特点尤其适用于矿井。目前我外旋流一样受管壁的束缚，可以向轴心膨胀，从而国煤炭矿井热害日益突出，涡流管制冷系统配合

5、井气体分为3种流动情况，外旋流压缩，内旋流膨胀下的气动风机能为井下局部降温多提供一个选择。制冷，中间有一层与入口气体等温的面。类似于要推广涡流管的使用范围，那么必须提高涡轴向零速度面，却又不是轴向零速度面，具体流动流管的制冷效率。目前各专家学者对其冷热分离过程及温度分布见图1、2⋯。模型有着不一样的理解，为了正确地了解其工作原理，以指导设计提高其制冷效率，做了以下一系列试验，发现了下列现象。2涡流管制冷现象的研究2．1涡流管流动特性当冷流率取在制冷范围内时，压缩气体从喷图1轴向速度分布示意收稿日期：2010～10一l2修稿日期：2011—03—082011年第39卷第5期流

6、体机械79间特点：(1)气体的绝热指数越大，则温比／(当p：／p。一定时)，温降越大，因此单原子气体可以获得较大的温降(具体公式可参考文献1P19～P21)；(2)从图2可以看出，随压比P／p：的增大，图2温度分布示意制冷效果越好，当超过7时基本保持不变；等温面内部为膨胀区，外部为压缩区。继续(3)相同压比与相同气体时，温度比不变，因往热端发展由于径向速度的衰减，轴向速度逐渐而提高入口温度可以降低冷端出口温度。这些都占主导地位，从而向心力消失，涡流效应消失。当与试验相当吻合，许多其他研究人员的研究结果冷流率为0时，与人口温度等温的面为喷嘴处的也很类似。但是按照图1计算当压比

7、在5左右轴向截面，此时等温面与轴向零速度面重合，因为时，理论温度比应该在0．5—0．65之问，假设人口冷端全闭时壁面总速度为零；当冷流率为1时，与温度为300K，那么冷端出口温度应该在150K～入口温度等温的面为热管管壁与热端截面组成的195K之间(这与数值模拟的温度非常接近)这说曲面。轴向零速度面再次重合。明涡流管内能量损失严重。通过调节冷流率能够发现，随着冷流率的增2．3管内换热损失及能量传递方式加，与入口温度等温的面往热端拉长，内旋流膨胀在对热端直径20mm，冷端直径10ram，热管区变大，理论上应该冷端温度