小管徑渦流管三維數(shù)值模擬及制冷性能研究.pdf

1、渦流管是一種使流體產(chǎn)生特殊流動現(xiàn)象并利用其內(nèi)部工質(zhì)自作用的分離裝置。它可以使一股壓縮氣流分離成具有一定溫差的冷熱兩股氣流。渦流管因其穩(wěn)定的制冷性能，簡單精巧的結(jié)構(gòu)以及安全環(huán)保的優(yōu)點，而成為一種實用的微型制冷裝置，在一些特殊場合得到了廣泛應用，針對渦流管各方面的研究方興未艾。隨著市場需求的改變和相關(guān)學科技術(shù)的進步，尤其近年來對微型環(huán)保制冷裝置的需求日益增加，結(jié)構(gòu)更為小巧的小管徑渦流管的研究愈發(fā)備受關(guān)注。
　　目前，由于對渦流管內(nèi)部復

2、雜的流體運動情況和能量轉(zhuǎn)換過程尚未有精準的數(shù)學描述，對小管徑渦流管的相關(guān)研究更少，缺乏相關(guān)的理論支持和結(jié)構(gòu)設計依據(jù)。為了更好掌握渦流管技術(shù)，提高小管徑渦流管的制冷性能，推動渦流管技術(shù)的發(fā)展和應用，本研究在汲取相關(guān)研究經(jīng)驗的基礎上，對小管徑渦流管進行理論分析、數(shù)值模擬、實驗和結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面的工作，具有重要的理論和實際意義。
　　根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒定理，在理想狀況下從整體上推導出渦流管冷熱兩端總溫與冷流率、出入口壓力比以及入口溫度

3、的關(guān)系。依據(jù)工質(zhì)流動特點和熱力學特征，將渦流管內(nèi)流場劃分為三個區(qū)域，并對不同區(qū)域內(nèi)工質(zhì)所經(jīng)歷的熱力學過程給出理論假設。利用熵增理論，結(jié)合整體分析結(jié)果給出了理想狀況下渦流管的制冷效率與冷流率、出入口壓力比的關(guān)系。
　　采用計算流體動力學和有限容積方法，建立了小管徑渦流管內(nèi)流場的計算和仿真模型，選用合適的湍流模型進行了數(shù)值計算，分析了渦流管使工質(zhì)產(chǎn)生溫差的內(nèi)在機理。通過數(shù)值模擬仿真，獲得了熱端管長徑比，渦流發(fā)生室相關(guān)參數(shù)以及冷孔直徑對