振荡管传热对制冷效率的影响研究

Abstract

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