冷孔板孔径及进口压力对涡流管性能影响的实验研究北大核心CSCD

针对涡流管大量应用于制冷系统中,对涡流管的各项参数进行研究,寻求最佳制冷工况及参数。本文自行设计涡流管实验样机,搭建开式的涡流管实验台,以CO2为工质,在不同的进口压力(0.2~0.6 MPa)、不同的冷流率(0.2~0.9)工况下研究了5种冷孔板孔径(1.5~3.5 mm)的涡流管性能,分析冷孔板孔径对涡流管性能的影响情况。研究表明:制冷、制热效应均在0.4MPa达到峰值后出现下降,在冷孔板孔径为2.5 mm时获得最佳制冷效应29.3℃、制热温度效应37.9℃,且获得最佳制冷量及制冷性能。     

冷孔板直径对涡流管内部压力场的影响

以理想的CO₂气体为工作流体,使用标准Standard k-ε湍流模型来模拟涡流管的能量分离效应。当涡流管冷端出口压力是2.5 MPa、喷嘴进口压力是6.5 MPa和喷嘴进口温度是298.15 K、喷嘴进口压力为6.5 MPa时,进行了涡流管内轴向、径向压力分布的模拟研究。模拟结果表明:冷流率μ为0.1,冷孔板直径在1.5~3.5 mm之间变化时,轴心线上的总压分布呈现先减小后逐渐增大的趋势,各冷孔板直径在轴向距离为0 mm处的径向总压随着径向距离的增大呈逐渐增大的趋势;当径向距离在0.5~1.0 mm之间变化时,轴线上总压随着涡流管轴向距离的增大而增大;当径向距离为1.5 mm时,总压随着涡流管轴向距离的增大呈先增大后减小的趋势;当径向距离在2.0~2.5 mm之间变化时,总压随着涡流管轴向距离的增大呈逐渐减小的趋势;当轴向距离在0~100 mm之间变化时,各轴向位置上随着径向距离增大的总压分布均呈现逐渐增大后趋于稳定的趋势。     

三维数值模拟冷孔板孔径对涡流管能量分离特性的影响

以理想CO₂气体为工质, 采用Standard k-ε湍流模型对涡流管冷热分离效应进行数值模拟。通过分析管内工质流动状态和温度、压力的分布, 发现:CO₂气体在内层强制涡区与外层自由涡区不断的进行热质交换, 促进涡流管发生能量分离。在此基础上, 探究进口温度为298.15 K、进口压力为6.5 MPa, 冷流比在0.3~0.9范围变化时, 冷孔板孔径对涡流管制冷制热性能的影响, 模拟结果发现:冷孔板孔径在1.7~2.62 mm范围内变化时, 随着冷孔板孔径的增大, 涡流管的制冷效应和制热效应逐渐增大, 且当冷孔板孔径为2.62 mm时, 涡流管获得最大总温差36.83 K。     

热端管长度对涡流管性能影响的实验研究

研究了不同热端管长度情况下涡流管的能量分离性能.实验中,采用纯度为99.99％二氧化碳为工质,进口压力为0.4 MPa.实验发现,在相同进口压力下,随着热端管长度的增加,涡流管制冷效应呈现先增大后减小的趋势,热端管长度为125 mm时具有最佳制冷温度效应,制热效应逐渐增大.同一管长时,轴向Z=12.5-50 mm壁温变...     

冷孔板角对涡流管能量分离性能的影响北大核心CSCD

为研究不同冷孔板角结构涡流管的温度分离特性,从而提高涡流管的天然气井口节流控温效果,本文选用标准k-ε湍流模型建立了以高压甲烷为工质的涡流管能量分离数值模型。结果表明:随着冷孔板角的增大,涡流管内不同轴向位置处的静温和总温先减小再有所回升;流体在涡流管中心和外侧分别呈现强制涡和自由涡的流动形式,切向速度与轴向速度在壁面附近出现峰值;制冷效应与冷孔板角度正相关,而制热效应与冷孔板角呈现负相关规律。     

冷端孔径对涡流管性能影响的实验研究

本文搭建了涡流管性能实验台,研究了不同冷端孔口直径的涡流管实验样机的性能。当进口压力为0.3~0.5 MPa时,分析了冷端孔径对冷端温降特性、制冷量特性、等熵温度效率特性及COP特性的影响。结果表明:冷端孔口直径对涡流管性能有很大影响,存在一个使涡流管冷端温降及制冷量均达到最大值的最佳冷端孔口直径,在本文设计的涡流管几何尺寸条件下,最佳冷端孔口直径为5 mm,最佳冷端孔口直径与热端直径比为0.5。     

涡流管能量分离特性的实验研究

选用空气作为工质,探讨了进口压力和冷流比对涡流管能量分离性能的影响。实验结果表明:随进口压力的增大,涡流管的温度分离效应随之增强,但增幅逐步趋于平缓。冷流比约为0.37时可获得最佳制冷效应,冷流比约为0.65时获得最佳制热效应。此外,还分析了温度滞止点与温度分离点随进口压力及冷流比的变化规律及其内在机理。     

热端管长度对涡流管性能影响的试验研究

涡流管具有结构简单、无运动部件、价格低廉、可靠性高等优点,但管内发生的能量转换却极为复杂。本文以压缩空气为工作介质,对涡流管能量分离特性进行试验研究,获得涡流管制冷、制热效应随热端管长度、冷端流率之间的关系。研究结果表明,热端管长度越长,六流道喷嘴涡流管的制冷、制热效应越好,获得最大制冷效应时的冷端流率越大。     

整流器对涡流管能量分离性能影响的研究

设计加工了不同叶片角度的导流叶片形涡流管整流器。搭建了涡流管性能研究实验台。对整流器及其叶片角度对涡流管能量分离性能的影响,整流器对涡流管的长径比的影响进行了实验研究,并将白行设计加工的带有上述整流器的涡流管与ARTX公司生产的同类型涡流管进行了对比实验。实验结果表明：在涡流管末端加装上述整流器后,在冷流率为50％～80％时,涡流管的单位制冷量比不装整流器的涡流管提高了12％～44％;在实验研究的角度范围内,冷流率小于70％时,整流器叶片角度越大,制冷效果越好;加装整流器后,将涡流管的长径比由10．8降低到4．6,并且保持制冷效应不变;上述带整流器的涡流管在冷流率大于60％时,其制冷效应好于ARTX公司的同类型涡流管。     

进气温度与压力对锥形涡流管性能的影响

以氮气为工质,对锥形涡流管能量分离特性进行了实验研究,结果表明入口气流温度对锥形涡流管的工作性能影响较小.进气压力越高,能量分离性能越强,不同压力下都在冷气流率约0.2时,可得到最大制冷效应和制冷效率,冷气流率约为0.5时,可获得最大制热效应.升高压力可提高锥形涡流管的能量分离性能,但提高幅度逐渐减小,当压力升高到一定...     

涡流管的入口压力对其性能影响的研究北大核心CSCD

针对涡流管的性能优化问题,需要研究各个参数及结构部件对其制冷、制热能力的影响,并寻求最佳的运行工况。本文搭建了开式实验系统,采用自制的六流道喷嘴,以二氧化碳气体为工质,研究了入口压力和冷流率对涡流管能量分离性能的影响。结果表明:涡流管的制冷、制热效应均随入口压力的增大呈现先增大后减小的趋势,在入口压力为0.4 MPa,冷流率为0.4时具有最佳制冷效应,冷流率为0.9时,具有最佳制热效应;冷流率为0.2~0.5时,涡流管热端管壁面温度随冷流率的增大呈现逐渐升高的趋势,冷流率为0.6~0.9时,壁面温度在出现壁面最高温度点后有所下降,并且冷流率越大壁面温度下降越明显。     

热端管长度对涡流管性能影响的实验研究

研制了不同热端管长度的涡流管,并以空气作为工作介质,通过实验研究了热端管长度对涡流管能量分离性能的影响.实验结果表明:对于常温涡流管,在入口压力为0.5MPa的情况下,相同冷流率时,随着热端管长度的增加,涡流管的制冷温度效应、单位制冷量和制冷系数增加,而其制热温度效应无显著的规律;对同一热端管长的涡流管,随着冷流率的增加,涡流管的制冷温度效应、单位制冷量和制冷系数增加,且在冷流率为40%～50%时出现峰值,而制热温度效应随冷流率的增加而增加,在冷流率范围内未出现峰值.     

六流道喷嘴涡流管能量分离特性的研究

涡流管具有结构简单、无运动部件、价格低廉、可靠性高等优点,但管内发生的能量转换却极为复杂。以压缩空气为工作介质,对涡流管能量分离特性进行了实验研究,获得了涡流管制冷、制热效应随入口压力、冷端流率之间的关系,研究结果表明,进口压力越高,六流道喷嘴涡流管的制冷、制热效应越好,但获得最大制冷、制热效应时的冷端流率均有减小的趋势。     

热端管直径对涡流管内部场分布的影响

本文以理想二氧化碳气体为工质,采用Standard k-ε湍流模型,对涡流管能量分离效应进行数值模拟,分析了管内流体速度、温度、压力的分布.在此基础上,探究了进口温度为298.15 K、进口压力为6.5 MPa、冷流率为0.1时,热端管直径对涡流管内速度场、温度场、压力场分布以及能量分离性能的影响.模拟结果表明:热端管...     

涡流管分离模型及实验研究

通过对涡流管的热力分析和流动分析，建立其内部过程的数学模型。从速度场的变化推导内部热分离的温度方程。实验系统测量涡流管内部温度场及速度场，理论计算值与实验值吻合。     

新型涡流管制冷器的初步实验研究

本文针对一种新型涡流管制冷器—双路涡流管制冷器进行了初步的实验研究,得出了主流进口压力、热端扩压器间隙及冷板孔径对制冷温度效应的影响曲线,指出了该型涡流管的一些独有特性,提出了进一步的研究方向     

喷嘴偏置角度对涡流管能量分离效应的影响分析

以理想空气为工质,对不同喷嘴偏置角度的涡流管进行了能量分离特性的数值模拟研究。此外,对涡流管内部速度场、温度场和压力场的分布规律进行了深入分析。模拟结果表明,不同偏置角度的喷嘴改变了涡流管切向速度和径向速度的分配,随着偏置角度的增大,轴向速度呈现增加趋势,轴向速度的变化会影响滞止点的位置,更大的轴向速度会使滞止点更加远离热端出口。涡流管中滞止点位置影响着冷流与热流的分界面大小,从而影响两股流体之间能量交换。随着冷流率的增大,4种不同涡流管的制冷效应逐渐减弱,且喷嘴偏置角度为0°时,涡流管表现出最佳制冷和制热效应。偏置角度在15°—45°变化时,随着喷嘴偏置角度增大,涡流管制冷和制热效应逐渐减弱。     

最优尺寸参数对涡流管能量分离效应影响的研究

为确定出涡流管各因素的主次顺序,找出最优的参数组合,提出正交试验设计和极差分析法,找到涡流管能量分离效应的最优化尺寸参数。实验设定涡流管进气温度为26℃,环境温度为27.1℃,结果表明,4个尺寸参数对涡流管能量分离影响排序为:长径比>喷嘴数目>冷端直径>进气压力,每个参数的最优值各为长径比为25.0、喷嘴个数为6、冷端直径为5 mm、进气压力为0.8 MPa,并通过对试验结果的验证,发现涡流管的冷热端出口温差为95.2℃。根据正交试验设计方案找出了涡流管各部件的最优尺寸参数。     

涡流管的应用

涡流管具有结构简单、价格低廉、没有运动部件、可靠性高等特点,在很多特殊方面都得到了应用.分别介绍了涡流管的冷效应和分离效应的应用,并提出了在某些领域应用的设想.     

基于Fluent分析大口径涡流管节流效果北大核心CSCD

为了验证涡流管节流效果,建立物理模型,采用理想气体甲烷为计算工质,基于Fluent模拟得到流场内物性参数变化规律。分析发现:冷流率0.5时,甲烷(298 K、12 MPa)在涡流管中高速旋转流动,外旋气体紧贴管壁流至热端出口,温度上升至303 K,内旋气体围绕轴心流至冷端出口,温度下降为293 K;外旋高温气体包裹内旋低温气体流动,可有效缓解管壁结晶,避免气体冻堵问题;轴向位置产生压力滞止点和速度方向折点,沿流动方向,内外旋流气体存在能量损耗,造成压力和速度均减小。节流区间3 MPa左右,忽略传热损失,涡流管合流后气体温降区间几乎为0 K,而节流阀温降区间为9.8 K。组建以节流阀和涡流管为关键设备的节流降压工艺流程对比发现:涡流管能量分离效应优于节流阀节流效应,不仅缩小气体温降区间,而且节流效果明显,在实际应用中可简化输气站节流工艺流程,降低投资和运行成本。