氣波管射流模態(tài)與結構對制冷效率的制約研究.pdf

1、本文基于國家自然科學基金項目(51276026)課題，針對目前氣波制冷機的若干制冷機制缺陷和未決問題，重點研究了靜止式氣波制冷機入口射流模態(tài)對制冷效率的制約，又同時研究了創(chuàng)新結構氣波管的制冷性能。研究手段包括理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究，三者互相補充和驗證。本文的研究將為國家自然科學基金項目充實成果，也為自主知識產(chǎn)權的申報提供可靠依據(jù)。主要研究工作及結論如下:
　　(1)構建氣波管計算模型，采用兩方程的Realizable k-ε

2、湍流模型，有限體積法離散，對非理想射流模態(tài)和理想小占空比時均射流模態(tài)的制冷效率進行量化對比，揭示出擺動振蕩射流的不均勻性是限定效率提高的瓶頸。
　　通過CFD數(shù)值模擬和實驗驗證研究，證實了小占空比、時均的射流分配是提高靜止式氣波制冷機制冷效率的有效措施，僅是對四管的時均射流分配就要比兩管型和多管型射流分配提高制冷效率相對40％，增加到八管，可達70％，實驗結果完全證實了氣波管制冷效率隨占空比減小而增加的變化規(guī)律。故此也促進了新型外

3、激勵射流多級時均振蕩方法的提出。
　　(2)分析氣波管內波系運動規(guī)律，針對現(xiàn)有氣波管消除反射激波的不足，對提出的耗散結構氣波管進行了深入研究，結果表明將氣波管的末端消波腔前移到氣波管的中段，消除反射激波效果更加顯著。模擬結果可將末端腔式氣波管的第二峰值效率提高相對10％，提高低谷效率相對15％以上，實驗結果第二極值射流頻率及更大頻率對應的效率增幅相對約3％，波谷增幅近7％，實驗效率隨頻率變化的趨勢與數(shù)值計算結果完全一致。
　

4、　在此基礎上，又對中段腔加末端消波腔式氣波管進行數(shù)值模擬和實驗驗證，表明反射激波近乎被消除，增強了管后段能量的耗散能力。模擬結果:第二峰值效率增幅保持，第一峰值效率相對增幅8％以上，低谷效率增幅10％左右，實驗結果:第二峰值效率增幅保持不變，第一峰值效率增幅相對3％，谷點效率提高更為顯著。且模擬和實驗均表明效率波動程度明顯減小，故其效率與頻率之間的變化曲線更加平坦。
　　(3)對靜止式氣波制冷機不同冷氣出口型式及寬度進行分析和匹配