多管靜止式氣波制冷機(jī)振蕩特性研究.pdf

1、全球?qū)δ茉吹南M中，天然氣將成為需求增長最快的能源，而在天然氣加工工藝中需要能在高壓下操作且高效的氣體膨脹制冷設(shè)備。靜止式氣波制冷機(jī)是一種新型氣體膨脹制冷設(shè)備，其工作原理為：利用自激勵射流振蕩器生成的振蕩射流對一端封閉的接受管進(jìn)行周期性射氣，入射氣把其能量通過激波的運動傳遞給接受管內(nèi)原有氣體并通過接受管壁向環(huán)境散熱實現(xiàn)“冷卻”。靜止式氣波制冷機(jī)無任何轉(zhuǎn)動部件、只需要簡單的靜密封，且具有很強(qiáng)的帶液工作能力，因此特別適合用于加工處理高壓天然

2、氣。目前，靜止式氣波制冷機(jī)的研究還很不成熟，其性能參數(shù)(主要為等熵效率)離天然氣工業(yè)生產(chǎn)的要求尚有一定的差距。本文結(jié)合國家863高技術(shù)項目“天然氣壓力能綜合利用新技術(shù)研究”(No.2006AA05Z216)，通過數(shù)值模擬和實驗對多管靜止式氣波制冷機(jī)的性能進(jìn)行研究。 附壁射流的特性如偏轉(zhuǎn)程度、附壁距離等是靜止式氣波制冷機(jī)設(shè)計的基礎(chǔ)。本文首先對附壁射流的特性作了數(shù)值模擬，分析了附壁射流的流場，考察了附壁元件結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)對附壁特

3、性的影響。研究表明射流的偏轉(zhuǎn)特性主要與射流兩旁的壓差有關(guān)，側(cè)壁直壁段對射流的附壁點具有很好的引導(dǎo)作用。 接受管是制冷實現(xiàn)的場所，本文研究了接受管中波系的運動與傳播過程。得出入射波掃過以后，管內(nèi)氣體的壓力、密度、溫度等有一個突躍升高。波在傳播的過程中由于摩擦等原因強(qiáng)度會降低；在波到達(dá)之前，接受管中的氣體正朝著管口的方向運動，處于排氣的過程，但是在波和入射氣體的共同作用下，在波面處，速度大小急劇下降，然后變成跟入射氣流方向一致。

4、 多管靜止式氣波制冷機(jī)相比雙管式更具有工業(yè)應(yīng)用價值，故本文在對雙管射流振蕩器和接受管研究的基礎(chǔ)上，開發(fā)了適合多管靜止式氣波制冷機(jī)需要的射流振蕩器，將改造的音波和正反饋振蕩器用于多管靜止式氣波制冷機(jī)，對振蕩器的可振性、振蕩頻率以及它們的影響因素作了數(shù)值模擬研究，得出如下結(jié)論：射流只在一定的操作條件和幾何結(jié)構(gòu)尺寸范圍內(nèi)才能穩(wěn)定振蕩；在對多管靜止式氣波制冷機(jī)數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行了設(shè)計和加工，并對它進(jìn)行了實驗研究。結(jié)果表明，提高氣波制冷