壓力振蕩管內(nèi)非平衡凝結(jié)特性研究.pdf

1、氣波制冷技術(shù)是利用壓力振蕩管內(nèi)非定常流體的能量傳遞和熱效應(yīng)現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)氣體膨脹波制冷的一種制冷技術(shù)，該技術(shù)具有運(yùn)轉(zhuǎn)速度低、制冷效率高等優(yōu)點(diǎn)。但以往氣波制冷技術(shù)的研究沒有考慮相變，而在實(shí)際工作中，如利用壓力振蕩管進(jìn)行天然氣輕烴回收時，存在相變過程。管內(nèi)氣體在降溫制冷發(fā)生相變時，會釋放凝結(jié)潛熱，改變壓力振蕩管內(nèi)的波系，進(jìn)而影響制冷性能。
　　本文利用數(shù)值模擬和實(shí)驗方法，對壓力振蕩管進(jìn)行制冷時發(fā)生非平衡凝結(jié)的機(jī)理進(jìn)行了探索，對非平衡凝結(jié)對

2、壓力振蕩管內(nèi)流場和制冷性能的影響進(jìn)行了分析，搭建了透明可視壓力振蕩管平臺和制冷平臺。主要工作和相關(guān)結(jié)論如下:
　　(1)利用C語言編寫兩種成核模型和液滴生長模型，借助CFD軟件對壓力振蕩管內(nèi)凝結(jié)參數(shù)的分布規(guī)律進(jìn)行研究，并對計算結(jié)果進(jìn)行對比，推薦一種適合壓力振蕩管內(nèi)非定常流場的成核模型。研究表明，兩種成核模型下壓力振蕩管內(nèi)凝結(jié)參數(shù)的分布規(guī)律相同，過飽和度和成核率沿壓力振蕩管先增加后減小，過飽和度大于1后，開始成核，當(dāng)成核率最大時，開

3、始出現(xiàn)液滴。但隨水蒸氣含量的增加，兩種成核率模型得到的成核率對數(shù)的差值逐漸增大，結(jié)果呈線性分布，線性擬合曲線表達(dá)式為y=1.40x+1.21，相關(guān)系數(shù)R2為0.93。推薦Frenkel模型為更適用于壓力振蕩管非定常流場內(nèi)的成核模型。
　　(2)通過對非平衡凝結(jié)對壓力振蕩管內(nèi)波動和制冷性能的影響進(jìn)行研究，確定了壓力振蕩管內(nèi)發(fā)生非平衡凝結(jié)時高壓入口和高溫出口的夾角（簡稱偏角）大小的變化規(guī)律，獲得了制冷效率隨相對濕度的變化趨勢，分析了管

4、內(nèi)凝結(jié)顆粒的運(yùn)行軌跡，為相態(tài)分離提供依據(jù)。研究表明，非平衡凝結(jié)將釋放凝結(jié)潛熱，產(chǎn)生凝結(jié)激波，從而改變了壓力振蕩管的波系匹配關(guān)系，當(dāng)相對濕度為0.8時，最優(yōu)偏角與無水蒸氣相比減小了7％。壓力振蕩管的制冷效率隨著相對濕度的增加逐漸下降，相對濕度大于0.6后，制冷效率急劇下降，當(dāng)相對濕度達(dá)到0.8時，制冷效率已經(jīng)下降了5％左右。大部分凝結(jié)顆粒集中在低溫出口，但殘留在管內(nèi)的凝結(jié)顆粒會在下一次入射氣流的作用下發(fā)生二次蒸發(fā)。
　　(3)搭建了