Study on Wave Propagation Characteristics of Rotary Gas Wave Refrigerator

气波制冷机是利用气体压力能驱动振荡管实现气源制冷的一种设备。其主要工作原理是利用气源压缩另外介质做功时产生的非定常膨胀波对气源进行制冷。由于气波制冷机可将气体本身所携带的压力能有效利用起来，符合节能环保、可持续发展的理念。另外，气波制冷机具有结构简单、造价低、操作维护简单等优点，在工业上具有广阔的应用前景。但在实际应用中其制冷效率还有待于进一步提高，因此对气波制冷机的研究具有十分重要的应用价值。本文对旋转式气波制冷机进行了深入的数值研究，得到了管壁传热、管长、频率、压比等因素对其制冷性能的影响规律，并从气体动力学角度分析了振荡管内部的波传播特性，分析了制冷性能的变化规律。在此基础上提出了其核心部件&mdash;旋转分配器的优化方案，设计并加工了一台旋转式气波制冷机，搭建了实验测试平台，对其进行了相关实验研究，获得了良好的实验结果。本文的主要研究内容如下: （1）管壁传热对振荡管稳定运行及制冷机效率有较大的影响。本文数值研究了振荡管管壁不散热的绝热壁条件和理想散热300K等温壁条件传热对气波制冷机运行状况的影响，结合振荡管的温度分布特点，提出了半绝热壁半等温壁的设计方法，该壁面条件可维持气波制冷机的稳定运行，并一定程度的提高了制冷效率。 （2）气波制冷机效率受管壁传热、管长、旋转频率、压比的影响明显。本文通过数值方法分别详细研究了它们对制冷性能的影响，首次采用波系图给出了振荡管内的激波运动特性，结合波系图分析它们对效率的影响机理及规律并给出了效率优化的准则。 （3）结合数值研究的效率优化准则，本文对旋转分配器结构进行了优化，在气波制冷机内部加装了叶轮装置，完成了一台气波制冷机样机的设计及实验验证，并开展了不同压比、不同转速的实验研究，实验中的波系运动规律与计算结果符合良好，并通过数值模拟得到的波系图对实验测得的压力变化规律进行了解释。</p

振荡管传热对制冷效率的影响研究

气波制冷机是一种利用气体压力能驱动压力振荡管实现气体膨胀制冷的设备,具有结构简单、造价低、操作方便等优点,在工业上具有广阔的应用前景,因此,提高气波制冷机的制冷效率具有重要的研究意义。高压气体将能量传递给振荡管里的气体以使自身的能量减少,温度降低,同时振荡管内的气体接收了高压气体的能量后温度升高,高温气体和振荡管壁面之间存在热交换,因此,壁面的热耗散效果对制冷效率有着重要的影响。本文通过设置不同边界条件数值研究振荡管的管壁传热对制冷效率的影响。对于绝热壁面,即管壁不存在热耗散,会导致振荡管内的温度越来越高,运行一段时间后,高压气体充入振荡管内的气量越来越少,排气量大于充气量,因此气波制冷机难以持续运转。对于300K等温壁面,即常温下的主动散热,发现气波制冷机持续且稳定运转。同时振荡管的温度分布表明,发现制冷的气体主要集中在振荡管的开口端,而高温气体主要分布在振荡管靠近封闭端的部分,而考虑到300K等温壁面对于制冷气体部分的不利影响,即300K等温壁面的温度高于制冷后的气体温度,会将热量传递给已经制冷的气体,导致其温度升高,制冷效率降低,本文提出了一种新的设计方法——振荡管制冷的部分设置为绝热壁面以保证制冷后的气体温度不再上升,其余部分设置为等温壁面来使得振荡管内的高温气体的热量尽快散出。研究结果表明,这种边界条件的设置一定程度上提高了制冷效率。本文相关研究结果能够为振荡管的设计提供一定的参考