杂志信息网-创作、查重、发刊有保障。

新型高效中部阻波腔式气波管性能研究

更新时间:2009-03-28

引 言

气波制冷机(也称热分离机)是利用气体压力能膨胀制冷的设备[1-2],分旋转式和静止式两大类。有结构简单、成本低[3]、操作维护方便、耐高压、能带液运行、可不耗电等优点。其基本原理是将带压气体由旋转分配器(旋转式)或摆动附壁振荡(静止式)依次轮流注入若干根初始端开口的气波管(图1),形成脉冲射流对管内的滞留气体做膨胀功,射流气体自身焓降降温而制冷[4]

  

图1 气波制冷机基本结构原理Fig. 1 Basic structure and principle of gas wave refrigerator

对气波管(也称接受管)短暂注气,在注气与管内滞留气之间形成一道“接触面”向前推进,不断产生多道压缩波,直至形成一道正激波[2,5]。该激波沿程扫过管内的滞留气,使其温度和压力跃升,再通过气波管壁,将激波即注气脉冲射流传递给滞留气的能量耗散掉,不再返回注气中,注气焓值和温度大幅度降低而被制冷[6-7]

运动前行激波不断将能量传递给滞留气而衰减,抵达气波管末端封闭边界后将反射回行,一路再回到气波管的开口端。反射激波的不利影响,一是加热已经制冷而等待排出的注入射流气,使其温度再次上升;二是使管开口处的压力升高,下一次注气的实际膨胀比就会缩小,焓降随之减小。二者都会降低气波制冷的效率。

如何降低反射激波回到管口的强度,是提高气波制冷效率的重要问题。数倍地加长气波管长度虽可减弱反射激波到可忽视程度,但浪费严重且带来振动、气中凝液累积充堵接近常温的气波管后段(使有效管长重又变短)等问题。方曜奇等[8]提出在各根气波管的末端加一有限容积的激波吸收腔来耗散吸收激波,使制冷效率提高不少,但随注气频率的波动仍较大。胡大鹏等[9]提出串联使用多个吸收腔,可进一步衰减反射激波。邹久朋等[10-11]实验研究了气波管末段内加丝网阻尼耗散,李学来等[12]实验研究以孔板复合结构阻尼激波,均取得一定的效果。代玉强等[13]以 CFD计算表明,两道复合结构可将激波衰减到可接受的程度。另外,朱雪琴[14]、李学来[15]和刘培启等[16]对气波管长度与注气频率的匹配进行研究,以使气波管能运行于高效注气频率,避开反射激波的影响。

为高效衰减反射激波,还应设法重构气波管内波系分配和反射,阻断激波回行通路,并设法将原低效的气波管后段耗散负荷增大(还可防止凝液),促进激波衰减。按此思路,本文提出和研究前移激波吸收腔到气波管中部偏后的适当位置,或在该处再增加一个适当容积的腔,称为中部阻波腔,用以阻减反射激波的回传,并将反射激波折回气波管后段加速耗散,据此研发出新型高效的中部阻波腔式气波管[17]

1 作用机理与管内波系分析

分析末端吸收腔式(包括无腔式)气波管和中部阻波腔式气波管的管内运动波系,分别如图2(a)和图2(b)所示,在管内末端固壁边界,右行激波被反射左行。若是无腔匀直气波管,反射激波会保持很高的强度,而末端施加吸收腔,可使反射激波在腔内多次反射和耗散能量而衰减,左行返回的反射激波强度明显降低,可使相同管长气波管的制冷效率提高15%以上,但由于有限容积吸收腔向外界耗散的能量有限,还会有一定强度的反射激波返回气波管口[18-20]

  

图2 气波管管内波系运动示意图Fig. 2 Flow wave diagram in gas wave tube

而对于新型中部阻波腔式气波管[图2(b)],除一样能阻止反射激波回返和耗散能量之外,分析相比于末端吸收腔式,还有以下优点。

为能实现制冷效率微小差别的比较,必须测量分辨出进气总温Tin和上述时均温度Ta的细微变化。因此,本实验采用 12位高精度数字温度传感器DS18B20,其输出测量值的小数部分有4位二进制补码,分辨率可精细到1/24(0.0625)℃。配合MCU为核心、一总线通信读取和转换符号与 12位二进制补码到真值(无须A/D转换以避免降低精度)的二次仪表,对温度进行精确测量。DS18B20体积很小,故温度响应快,其精度和一致性高。实验前,先从多个传感器中筛选出相互误差在0.0625℃以内的优品,用于该实验测量。

② 反射激波回(左)传到达中部阻波腔后,在其中多次反射而耗散,一部分还会反射折回气波管后段继续耗散,从而增大了气波管后段的负荷(实测后段管壁温度比末端吸收腔式高),将改善通常气波管前、后段散热量相差太大的固有问题。如此可降低气波管前段的管壁温度,减小前端制冷气被管壁加热的冷损。

目前我县个体农机维修网点分布在全县28个乡、镇,普遍存在占地小、维修人员少、维修设备简单且数量不足,多数维修网点是家庭式作坊、门铺式维修,维修设施、工具不全,场地简陋,环境卫生达不到维修技术的要求,致使农机不能按技术要求维修,相应地减少了收入,又给机手带来不便。维修人员虽然获取了从业资格证书,但90%以上都是初级,综合素质和技术水平普遍较低,造成此现象的主要原因:大部分维修人员文化程度低,只有初中以下文化。又不愿意参加专业化的新技术培训,知识更新能力较差,对老式农业机械还可以,对新型农机出现的故障便是无从下手,这样的技术水平已经不能适应现代农机科技的发展,一定程度上阻碍了农机维修业的发展。

③ 如果匹配好阻波腔前、后段的管段长,能使逃出阻波腔左行的残余反射激波,恰好与下一次注气射流造成的入射(右行)激波在突扩的中部阻波腔反射回的膨胀波,在阻波腔前相遇,二者抵消,反射激波的危害基本消除。

根据分析和数值模拟结果,中部阻波腔的位置靠前并不理想,特别是在管长较短的情况下,制冷效率会显著下降。一般前段管长需要1 m以上,以完成压缩波汇聚成激波和部分耗散的过程。

对于已有的无腔式和末端吸收腔式气波管,最好的注气匹配条件是:气波管上次注气射流造成的反射激波刚回到管口,下一次注气恰好开始。这样除了降低实际膨胀比之外,不会加热已排出的制冷气,气波管达到第一高效极值(称第一或一阶高效点)。而如果注气频率加倍,反射激波返回管口时,会恰遇第三次(该反射激波由第一次注气射流引起)注气,气波管达到第二高效极值,……,以此类推。

气波管制冷效率-注气频率曲线的波动差值,随反射激波的增强而增大,可达20%甚至更多。由于管内运动激波的波速会受温度、介质物性、制冷负荷等多因素影响,因此设计和实际操作都很难保持在极值频率下运行。而尽量消除反射激波,是对气波管结构优化设计的首要选择。

上述反射激波到达气波管开口端的时间周期,与波行程长即管长呈比例。因此,一根确定管长的气波管,就对应数个可用的高效极值注气频率,其间距大致相等,各峰值之间也一定有数个效率低谷,如图3所示。

“‘不与进口肥比价格,敢与进口肥比质量。’新洋丰这句宣传语还真不是盖得,这肥我要定了!”随着一位种植大户慷慨激昂地表态,现场出现了一阵抢购潮。农户们带着丰收的希望满载而归,新洋丰百倍邦套餐肥也将扬名东方。

如若反射激波到达管口时,恰处于两次注气的间歇,就将充分加热和升压管口附近的已制冷气,且移出管口又遇到分配器的动态封挡固壁(原是为射流突然断流产生过膨胀充分制冷用),被再次反射回管内又加热一次已制冷气,则气波管对应效率低谷。随着注气频率倍增,同样也有第一、第二、第n阶效率低谷。

共产党人的哲学,永远都是在艰困中开拓,在阻难中前行,在实现民族复兴、人民幸福的道路上,我们的哲理永远只有一个,那就是坚定信念,奋发进取,矢志不移地奋进在中国特色社会主义的大道上!而中国特色社会主义所强化和凸显的,则也正是我们雄威壮美、如钢似铁的道路自信!

  

图3 气波管的制冷效率-注气频率曲线Fig. 3 Correlation curves between gas injection frequency and refrigeration efficiency of gas wave tube

① 与末端吸收腔相比,中部阻波腔除能消阻反射激波,还能向回(向左)反射膨胀波,使管前段与管口压力和温度降低,利于注气射流做出更多膨胀功、产生更大的焓降,且其受热冷损减小。

能发挥第③条优势的条件是,前一次或前n次射流所造成的激波,从中部阻波腔右行到管末端再反射回到阻波腔的时间,恰好能与本次射流造成的激波右行到中部阻波腔的时间相等。考虑总管长不能太长和前段管长不能过短的限制,且管内入射和反射激波的波速较为接近,假定二者在同一时间的行程相等,而激波在后段为往返来回,故后段(带腔)长度应为前段长度的1/2左右。

2 各式气波管效率模拟与结果分析

2.1 计算模型与边界条件

CFD模拟已有的末端吸收腔式、新型的中部阻波腔式和中部阻波腔+末端吸收腔式(简称双腔式)气波管,各管结构和ICEM计算网格划分如图4所示。采用二维计算模型,由独立性分析确定网格最大尺寸0.25 mm,更将管开口处的网格加密。

在家门口,上海不忘发出自己的声音。“只要你采购,就有金融解决方案”,借力进博会的舞台,上海叫响了这场盛会上金融服务品牌。

其中,气波管流道宽度dd1=18 mm,d2=10 mm,腔体宽A=88 mm,腔体长B=88 mm。长度:末端吸收腔式 L=2912 mm;中部阻波腔式前段L1=2000 mm,后段 L2=912 mm;双腔式 L2′=L2B= 824 mm;三种管的带腔总长都是3000 mm。

由于只对各式气波管的效率进行对比,故不必苛求效率值的精确程度。可简化实际注气渐入渐出过程为瞬间过程,并不计注气结束后对管开口的短暂动态封堵,可将管口条件简化为两个阶段:注气和排气阶段,以简化计算。为模拟静止式气波制冷机只有4根气波管的情况,取排气时间为注气时间的3倍,即注气阶段占循环周期(占空比,duty cycle)的1/4,由计算周期内定时注、排气转换时间比例确定。

  

图4 各式气波管的结构和计算网格划分Fig. 4 Structures and mesh of each types of gas wave tubes

注气阶段气波管口总压分别取0.36 MPa和0.54 MPa,温度300 K;冷气排气阶段为亚声速流动,固定管口静压值为0.18 MPa,对应的膨胀比ε分别为2和3;其余为固定壁面边界;气体假设符合理想气体状态方程。

2.2 数值计算方法

气波管口注气为超声速,可压缩强湍流流动,宜采用求解时均 Navier-Stokes方程的 Reynolds平均法。考虑喷嘴射流湍流的各向异性,采用两方程Realizable k-ε湍流模型,以有限体积法对控制方程进行离散[21]。扩散项选取计算效率高、二阶精度的中心差分格式,收敛较快。对流项为各向异性,为避免数值振荡,采用迎风格式中的Roe通量差分分裂的MUSCL格式进行离散[22],以二阶全隐式时间步进行迭代[23]

2.3 排气温度和制冷效率计算

对比图5中曲线ji可看出,同样是一个容积腔,只是将其从气波管末端前移到中后部,就能增加削弱反射激波的能力。分析单一中部阻波腔式气波管比末端吸收腔式效率提高的原因如下。

在计算过6个以上注气周期之后,开始对气波管开口各个网格节点上的瞬时总温Ti和Δt时段该网格的质量通量mi,在全截面加权积分,得到管口截面的质量均温ΔmTavmiTi,再除以Δt时段各个网格的总排气质量Δm,可获得Δt时段内管口截面的平均总温Tav

(2)时均排气温度

从排气起始到排气终了,对气波管口各Δt时段的截面平均总温 Tav和 Δt时段管口截面质量通量Δm的乘积进行累加,再除以排气总质量的积分值 m,即获得排出冷气的时均总温 Tout=∑ΔmTav/m

卢春泉坦承,民事诉讼将经历一个漫长的过程。但作为一个估值上百亿、一度接受上市辅导的公司,银隆不可能坐等诉讼结果,接下来如何发展才是重要的问题。

(3)制冷效率

气波管的制冷效率为射流气体进、出气波管的实际焓降与理想等熵焓降之比,对于理想气体

“好运”(Fortuna buona)是“坐着的女子,右臂靠在轮毂上——天球的替代物,左手拿着丰饶角。 ”(图 5)而“厄运”(Fortuna infelice)展现的场景则是:“好在一艘没有舵的船上,帆与树都已被风摧折。”

全新欧陆GT敞篷版所搭载的仍然是一台排量为6.0升的W12双涡轮增压发动机,最大功率635马力,峰值扭矩900牛·米,由一台8速双离合变速箱配合主动四轮驱动系统传递动力,可在3.8秒内由静止加速至100公里/小时,最高车速可达333公里/小时。除了澎湃的动力性能之外,全新欧陆GT敞篷版的W12发动机还配备了一套“可变排量系统”(Variable Displacement System)。该系统在条件满足的情况下可以主动关闭一半的气缸,指定气缸的进气门、排气门、燃油喷射以及点火装置均会关闭,借此达到提高燃油经济性的目的,其官方公布的油耗成绩仅为12.4升/100公里。

二是推进欧洲投资银行贷款山东沿海防护林项目工作。河口区沿海防护林项目共规划造林2400.6 hm2,其中生态型防护林2269.13 hm2、经济型防护林131.47 hm2。项目涉及造林小班103个,项目建设年限为4年,前三年主要是造林,第四年全面抚育。到目前为止,项目造林任务已全部完成,各造林模型面积与规划相符。营造林长势良好,抚育措施到位。同时,通过该项目的实施,促进了当地林业生产技术的提高,增加了农民就业机会,有效地改善了群众生产、生活环境、生态效益、社会效益、经济效益显著。

 

式中,ΔHr和ΔHi分别为制冷气的实际焓降与理想等熵焓降;cp为气体的比定压热容,在一定温度范围内数值差别很小,故分子、分母中可约掉;Tin为射流气进入气波管口的总温;Tout为气波管制冷排气的时均总温;k为气体的等熵过程指数。

对每一种类型的气波管,都由低到高选取一系列的注气频率计算。对于每一频率,都至少计算6个注气周期,待稳定后再从排气起始瞬时起,按(1)中所述方法计算管口截面的质量均温 ΔmTav=∑miTi,再按(2)中所述方法,获得排出制冷气的平均总温Tout

2.4 各式气波管制冷效率对比与分析

③ 在两效率极值之间的某注气频率,出阻波腔的剩余反射激波恰好能被中部阻波腔反射的膨胀波抵消,效率低谷被显著抬高,特别是第二极值之后。还由于激波从阻波腔传到管末端再返回的行程为2 m,小于管长第二高效极值对应的波行程3 m,因此前者新高效峰值频率约为后者的1.5倍,两高效作用叠加,于是在原第二高效极值点M后的某个频率,效率达到比M点更高的新的最大值(图5中的N点)。

由图5(a)看出,单一中部阻波腔与单一末端吸收腔的气波管相比,有两点突出的表现:①高频(二阶高效点之后)注气所对应的效率,幅度相对提升了7%~11%;②第一和第二低谷效率分别相对提升了约7%和18%,使效率曲线趋于平坦,峰、谷差值由12%降到9%,幅度降低约25%。除此之外,效率极值所对应的注气频率升高。

越是乱世,小皇帝越喜欢亲小人远贤臣,蜀汉后主刘禅是这样,魏国小皇帝曹芳也是这样,他耽于宴饮,不亲政事,何晏忧心忡忡,向小皇帝写了封奏章,劝他少花点时间玩乐,多亲近大臣。这封奏章写得四平八稳,相比诸葛亮的《出师表》,文采不遑多让,就是怎么看都像学术论文。

图5(b)为膨胀比升高50%,即ε=3效率曲线,其三种气波管效率的高低差值规律不随膨胀比变化,但由于膨胀比增加使湍流强度和管内温差、压力梯度增大,效率普遍稍有降低;且由于管内温度更高,波速加快,对应效率极值的注气频率也要跟随略有提高。

  

图5 各式气波管的模拟效率曲线对比Fig. 5 Comparison of simulation efficiency curves of each types of gas wave tubes

(1)管口截面的质量均温和平均总温

根据前述新型中部阻波腔式气波管的第③条优势,左行逃出阻波腔的残余反射激波与右行激波在阻波腔反射回的膨胀波相遇,就能互相抵消。因此对应的该注气频率一定又是一个新的高效极值频率(注气频率倍增也如此),若该频率恰处于按气波管长限定的效率低谷频率附近,就能提高拉平图3所示的效率-注气频率曲线。

② 与末端吸收腔式相比,中部阻波腔将大量反射激波重新反射回气波管后段耗散,降低了前段的散热负荷,使前段管内和管壁温度降低,减少了已制冷气的受热。

图5是注气时间与周期之比为1/4时,对应于三种类型气波管数值模拟制冷效率-注气频率变化曲线。

由图5中曲线ji看出,中部阻波腔式气波管第一高效极值附近的制冷效率并没有提高,只是略有后移。分析是因在此注气频率范围,剩余反射激波在逃出中部阻波腔时或之后,下一次注气还未开始(到管口才开始),因此也就没有反射膨胀波与之抵消,故此极值附近的效率与只有一个末端吸收腔的气波管持平。可见只有一个腔,无论放在何处,也不能使第一高效极值再提高,但却能提升其后谷点的效率值(原因为①和②)。而保留末端吸收腔,再添加中部阻波腔的双腔式气波管,其效率提高程度如图5中的曲线k所示。由于末端吸收腔先使回行的反射激波减弱,故能逃出中部阻波腔的剩余反射激波强度就更小,即使无膨胀波抵消,也影响不大。因而十分明显,低频段制冷效率相对提升了5%~8%,这可降低气波制冷机对射流分配器转速的要求,增强可靠性,且双腔式的效率曲线更趋于平坦,峰、谷值变化只有7%左右,幅度比末端吸收腔式降低了40%以上。

3 各式气波管效率实验研究与对比

为考察三种气波管实际制冷效率差异,仍沿用以往对气波管的实验研究方法[5,10,20],即构建单管气波制冷机进行实验研究。虽然受其通挡式脉冲调制结构注气发散效应所限,该实验机效率低下,单管小气量冷排气无法与注气和周围环境气体分开,这将导致排气温度(用以确定效率)难测准确,但其影响因素和程度均较为固定,不同气波管效率高低的对比值很容易测得与分辨,故仍是一种经济有效的研究方法。

近年来国内旅游市场出现供需两旺的快速发展态势。2009年国务院在《关于加快发展旅游业的意见》中提出“把旅游业培育成国民经济的战略性支柱产业和人民群众更加满意的现代服务业”为发展目标,国内旅游人次连年增长,社会投资规模持续扩大,旅游越来越融入百姓生活。“全域旅游”的提出不仅是顺应时代发展潮流,也是拓展了旅游的发展空间。随着中国特色社会主义进入新时代,人民群众对旅游消费个性化、多元化、品质化的需求日益凸显。2018年初山东省首批中医药健康旅游示范区(基地、项目)创建单位名单公布,这也昭示着中医药旅游作为新业态已经从概念过渡到落地实施。

3.1 实验流程与装置

单管气波制冷实验装置流程如图6所示[24]

与转式气波制冷机的旋转分配器喷嘴不同[25],实验单管机是将注气射流喷嘴与单根气波管开口对位对中准确后即固定,而在喷嘴口和气波管口的间隔之间,插入一个具有两段对称通透弧形开口的注气脉冲调制盘,弧开口转到喷嘴与气波管开口位置时向气波管注气,其余时间气流被盘封挡以节省气量。按进气占空比1/4要求,确定通透弧长与封闭弧长的比例为1:3[图7(a)]。调制盘贴向气波管管口侧端面,弧形开口剩余圆周位置,加工出尽量深但未透、宽度大于气波管外径的弧形凹槽,以使气波管在不注气阶段能从凹槽向外部排气[图7(b)]。

  

图6 单管气波制冷实验装置流程Fig. 6 Flow chart of experimental facility of single tube gas wave refrigeration

 

1—compressor; 2—air storage tank; 3—regulating valve; 4,10—temperature sensor; 5—pressure sensor; 6—AC motor; 7—frequency changer; 8—pulse modulation disk; 9—gas injection nozzle;11—gas wave tube;12—computer

  

图7 脉冲射流调制盘结构和原理Fig. 7 Struture and principle of pulse jet flow modulation plate

调制盘由变频器调控转速的交流电机驱转,调节电机转速n(r/min)即可改变注气频率f,因盘上有两段弧形开口,故f=2n/60 Hz。实验考察三种类型气波管,均采用分段连接结构,共同使用且固定不拆气波管的前段,只调换后段,以保证改变气波管型式后,入口处部件安装对位和测量对效率影响的一致性。气波管材为铜管,前段管长为2000 mm,内径8 mm。后段无论是中部腔、末端腔,还是双腔,长度之和皆为1000 mm,后段管内径10 mm。腔体内径约80 mm,内腔长约100 mm(椭圆过渡)。三种气波管的后段结构如图8所示。

  

图8 三种气波管后段结构Fig. 8 Back strutures of three kinds of gas wave tubes

3.2 实验测量与效率计算

将压力传感器5插入紧靠喷嘴的送气管内测量,作为气波管入口总压 Pin,由阀门 3分别调至表压0.1和0.2 MPa,排气静压为大气压,对应膨胀比ε接近2和3。温度传感器4也插入紧靠喷嘴的送气管内测量,因管内气速较低,可作为进气总温 Tin。而对于排气即制冷温度的测量,由于调制盘 8贴气波管口端面的弧形凹槽对于排气的反射和发散、盘转速大幅度变化引起的旋流强度改变和脉冲排气等因素,使之很难在调制盘边区的某点测准排气温度。因此,本实验采用在气波管临近开口处的管壁打孔,插入温度传感器10,测量近开口处的时均温度 Ta,再近似折算排气温度 Tout的间接方法。如此虽不能测准制冷温度,但统一条件的测量结果,用于对比各式气波管制冷效率的高低,还是足够清楚的。

① 入射激波在到达中部截面突扩的阻波腔后,反射一束膨胀波回(左)行的时间更短,强度更高,能起到降低管口压力、增大注气射流实际膨胀比的作用,使射流能前(右)行更远,做膨胀功更多而更加降温。

总之,青岛要抓住后峰会时代的有利时机,大力提升国际旅游业的竞争力。青岛国际旅游竞争力提升是一个系统工程,需要构建起完整的、科学的模型并配套相应的政策、资源、人力等,不仅涉及到诸多变量因子,又涉及到很多部门、组织的利益博弈,因此在设计和构建的过程中既需要科学的精神、严谨的方法,又需要因地制宜,结合发展实际。

由于常温注气与制冷排气轮流通过气波管开口,和金属质气波管外环境气体对小气量冷温的加热提升,故测得气波管开口处的时均温度Ta,要远高于实际制冷排气温度Tout。不考虑环境加热影响,只假设注、排气对传感器的传热量QmcpΔT相等。设比热容cp不变,且注、排气质量m相等,按传热量相等关系,有 TinTaTaTout,即

 

将计算得到的排气温度 Tout测量的进气总温Tin和膨胀比ε代入式(1),算出该型式气波管对应于某注气条件和频率的效率值。

每头猪可享受的空间 (平方米 ):5 头 组 :10.8+7.5;10 头 组 :21.6+15.0。

每次调节改变电机转速即注气频率f后,需待Ta重新稳定平衡后再读取新的Ta值。实验保持入口总压 Pin不变,频率从低到高、再从高到低循环数次,测出几组数据,将各组相同频率下的Tav取平均值,再代入式(2)算出 Tout。重复算得一系列频率对应的效率值,获得该型气波管制冷效率与注气频率的关联曲线。

事实上,对应于新型气波管的效率有所提高,和效率曲线的峰值点,其排气温度均更低,管外环境气体对管内制冷气的加热温差会更大,加热也更强,故此时Ta的测得值,要比效率偏低时的测得值,偏高于实际制冷值的差值更大。但由于上述简化式(2)没有考虑,因而按该式折算的各个型式气波管之间的效率曲线差距,和不同注气频率下的峰、谷效率差距,比实际的要减小(各管效率曲线之间间距和幅度变化量被压缩)。但因管口随温差而变的加热系数很难估算,故此也不能考虑。

3.3 实验结果对比与分析

图9是三种不同类型气波管实验效率曲线。可明显看出,单一中部阻波腔式与末端吸收腔式相比,较高频注气的效率和低谷效率普遍提高,效率曲线趋于平坦,高效点也向右移,与数值模拟结果(图5)一致。而双腔式气波管效率在阻波腔式基础上又有明显提高,特别是第一高效点附近,在低频20 Hz时也升值较大;波谷效率提升更多,曲线更加平坦。从实验结果看出,新型中部阻波腔式,特别是双腔式气波管制冷效率和平坦程度,均明显高出之前已有的高效末端吸收腔式气波管。实验各式气波管的效率峰值、低谷所对应的注气频率,也都与模拟结果基本一致。

4 结 论

  

图9 各式气波管的实验效率曲线对比Fig. 9 Comparison of experiment efficiency curves of each types of gas wave tubes

(1)通过管内波系分析和CFD数值模拟表明,把原激波吸收腔由气波管末端移至中后段变成中部阻波腔式气波管,阻波腔除仍起耗散吸波作用之外,还能将部分反射激波再次折回管后部,并使逃出的反射激波与该腔造成的膨胀波相抵消,可使高于第二高效注气频率所对应的制冷效率相对提升 7%~11%;其一、二波谷效率分别相对提升约7%和18%,使效率曲线平坦,峰、谷差值降低约25%。

(2)中部阻波腔与末端吸收腔共用所组成的双腔式气波管,在上述基础上,还可使低频注气范围的效率再相对提高 5%~8%,且效率曲线更趋平坦,峰、谷值变化幅度比末端吸收腔式降低40%以上。

(ⅱ) 假设(u,v)是系统(3)的一个共存解,则由(ⅰ)知a>λ1,因此系统(3)存在非负解(θa,0),由于

(3)以单管型气波机模型进行效率对比实验研究,虽然模型结构自身效率很低及冷损随效率增加而增大导致的测量误差被忽略,但仍能明显看出,新型中部阻波腔式特别是双腔式气波管,与已有高效末端吸收腔式相比,其效率升高显著,效率曲线也平坦许多,且实验三种气波管制冷效率幅度的差别和趋势,效率峰值、低谷所对应的注气频率,也与模拟结果相符合。

References

[1] MARCHAL P, MALEK S, VITARD J C. Skid-mounted rotating thermal separator[J]. Oi1 and Gas, 1984, (11): 55-58.

[2] 俞鸿儒. 热分离机内的流动[J]. 大连工学院学报, 1984, 23(4): 1-7.YU H R. Flow in heat separator[J]. Journal of Dalian University of Technology, 1984, 23(4): 1-7.

[3] 彭喧哗, 钟华贵. 气波机在航空发动机高空模拟试验中的应用[J].燃气涡轮试验与研究, 2012, 25(增刊): 27-30.PENG X H, ZHONG H G. Application of gas wave refrigerator in simulated altitude test[J]. Gas Turbine Experiment and Research, 2012,25(S): 27-30.

[4] 刘培启, 徐思远, 王泽武, 等. 偏角对气波制冷机制冷效率的影响及预测[J]. 化工学报, 2014, 65(11): 4271-4277.LIU P Q, XU S Y, WANG Z W, et al. Influence of offset angle on refrigeration efficiency of gas wave refrigerator and prediction for optimal offset angle[J]. CIESC Journal, 2014, 65(11): 4271-4277.

[5] 郑闽锋, 刘曦, 黄成, 等. 振荡管内入射激波衰减及其对冷效应的影响[J]. 化工学报, 2014, 65(9): 3410-3417.ZHENG M F, LIU X, HUANG C, et al. Incident shock wave attenuation in oscillatory tube and influence on performance of pressure wave refrigerator[J]. CIESC Journal, 2014, 65(9): 3410-3417.

[6] 李兆慈, 徐烈. 气波制冷机的研究与应用[J]. 低温工程, 2002,126(2): 22-27.LI Z C, XU L. Research and application of gas wave refrigerator[J].Cryogenics, 2002, 126(2): 22-27.

[7] 于洋, 刘培启, 王云磊, 等.高效气波冷凝装置流动及热力学特性[J]. 化工学报, 2017, 68(8): 3039-3048.YU Y, LIU P Q, WANG Y L, et al. Flow and thermodynamic properties of efficient gas wave refrigeration plant[J]. CIESC Journal, 2017, 68(8):3039-3048.

[8] 方曜奇, 郑洁, 刘润杰, 等.气波制冷效率影响因素的实验研究[J].气动试验与测量控制, 1993, 7(3): 15-18.FANG Y Q, ZHENG J, LIU R J, et al. Experimental investigation of influence factor of gas wave refrigeration efficiency[J]. Aerodynamic Experiment and Measurement & Control, 1993, 7(3): 15-18.

[9] 胡大鹏, 刘培启, 朱彻. 一种削弱振荡管内反射激波能量的方法[J]. 化工学报, 2008, 59(3): 562-566.HU D P, LIU P Q, ZHU C. A weakening reflected shock wave method in oscillating tube[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering(China), 2008, 59(3): 562-566.

[10] 邹久朋, 刘学武, 陈淑花. 削弱接受管内反射激波能量的实验研究[J]. 低温工程, 2001, 121(3): 48-53.ZOU J P, LIU X W, CHEN S H. Experiment about weakening the energy of the reflecting shock waves in the incepting tube[J].Cryogenics, 2001, 121(3): 48-53.

[11] 刘学武, 邹久朋, 陈淑花, 等. 气波管末端边界条件对制冷效率的影响研究[J]. 流体机械, 2001, 29(11): 55-57.LIU X W, ZOU J P, CHEN S H, et al. Study on the influence of gas wave tube end boundary condition to refrigeration efficiency[J]. Fluid Machinery, 2001, 29(11): 55-57.

[12] 李学来, 朱彻. 振荡管复合阻尼陷波[J]. 化工学报, 2001, 52(5):379-380.LI X L, ZHU C. Elimination of reflect shock wave in oscillatory tube[J].Journal of Chemical Industry and Engineering(China), 2001, 52(5):379-380.

[13] 代玉强, 胡大鹏, 刘伟, 等. 含有复合阻尼结构的压力波制冷机振荡管内流动分析[J]. 低温与特气, 2003, 21(2): 23-24, 34.DAI Y Q, HU D P, LIU W, et al. The CFD analysis of oscillatory tube equipped with compound damps[J]. Low Temperature and Specialty Gases, 2003, 21(2): 23-24, 34.

[14] 朱雪琴. 气波制冷机接受管最佳管长的研究[J]. 无锡轻工业学院学报, 1993, 12(2): 135-141.ZHU X Q. Study on the optimum length of the accept tube of gas wave refrigerator[J]. Journal of the Wuxi Institute of Light Industry, 1993,12(2): 135-141.

[15] 李学来.管长对振荡管冷效应影响的试验研究[J]. 制冷, 1996, (2):15-18.LI X L. Experimental study on influences of the tube length on cooling effects of the oscillating tube[J]. Refrigeration, 1996, (2): 15-18.

[16] 刘培启, 胡大鹏, 赵文静, 等. 旋转式气波制冷机极值射流频率的数值预测[J]. 化工学报, 2009, 60(1): 1-5.LIU P Q, HU D P, ZHAO W J, et al. Numerical prediction for extreme jet flow frequency of rotary gas wave refrigerator[J]. CIESC Journal,2009, 60(1): 1-5.

[17] 邹久朋, 代玉强, 刘学武, 等. 中部阻波腔隔离式气波管:201610150672.x[P].ZOU J P, DAI Y Q, LIU X W, et al. The middle region damping wave cavity wave tubes: 201610150672.x[P].

[18] 黄廷夫, 李学来, 黄齐飞. 振荡管冷效应的实验研究[J]. 福州大学学报(自然科学版), 2006, 34(4): 612-615.HUANG T F, LI X L, HUANG Q F. Experimental study on cooling effect of oscillating tube[J]. Journal of Fuzhou University (Natural Science Edition), 2006, 34(4): 612-615.

[19] 李学来, 黄齐飞, 朱彻. 反射激波的吸收对热分离器性能的影响[J]. 化工学报, 2003, 54(2): 170-175.LI X L, HUANG Q F, ZHU C. Absorbing reflected shock wave in thermal separator[J]. Journal of Chemical Industry and Engineering(China), 2003, 54(2): 170-175.

[20] 刘伟, 冀晓辉. 气波机振荡管内削弱反射激波的研究进展[J]. 制冷, 2003, 22(3): 36-38.LIU W, JI X H. Researching development of weakening reflected shock wave in oscillating tube[J]. Refrigeration, 2003, 22(3): 36-38.

[21] 王福军. 计算流体动力学分析: CFD 软件原理与应用[M]. 北京:清华大学出版社有限公司, 2004.WANG F J. Computational Fluid Dynamics Analysis: the Principle and Application of CFD Software [M]. Beijing: Tsinghua University Press Co., Ltd., 2004.

[22] DECONINCK H, ROE P L, STRUIJS R. A multidimensional generalization of Roe’s flux difference splitter for the Euler equations[J]. Computers & Fluids, 1993, 22(2/3): 215-222.

[23] SAITO T, VOINOVICH P, ZHAO W, et al. Experimental and numerical study of pressure wave refrigerator performance[J]. Shock Waves, 2003, 13(4): 253-259.

[24] 徐伟华. 气波管射流模态与结构对制冷效率的制约研究[D]. 大连:大连理工大学, 2016.XU W H. Study on the restriction of jet mode and structure of gas wave tube on refrigeration efficiency[D]. Dalian: Dalian University of Technology, 2016.

[25] 朱子华, 胡施俊, 胡大鹏, 等. 旋射流气波制冷机实验研究及数值模拟[J]. 实验流体力学, 2007, 21(3): 35-37, 65.ZHU Z H, HU S J, HU D P, et al. Experimental study and simulation of swirling jet gas wave refrigerator[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2007, 21(3): 35-37, 65.

 
邹久朋,刘学武,徐伟华,代玉强
《化工学报》 2018年第05期
《化工学报》2018年第05期文献
100%安全可靠
7X18小时在线支持
支付宝特邀商家
不成功全额退款
友情链接:香蕉伊人不卡在线看|很很鲁很很鲁视在线视频|天天鲁啪视频在线  欧美做真爱-欧美av电影-欧美a级片-日本一本道不卡av中文  窝窝看看伦理片在线观看  老鸭窝国产av毛片在线  超碰久久人人摸人人搞|黄色一级全祼|超碰在线观看  播播影院|日本成人电影|快播电影|桃花色综合影院  免费看成年人视频在线观看|成人免费视频|免费看成年人视频大全  青青草导航-亚洲一区二三区-超级香蕉97视频在线观看  日本韩国三级网站  欧美性交  a片在线观看  超碰在线观看  日本三级|香港三级|三级片网站|韩国三级  我要色爱综合网|色综合天天综合网|噜噜色噜噜巴网中文网  av日本高清观看  韩国三级片大全在线观看  我爱发明|我爱大香蕉|我爱大jb网|大香蕉成人网站  很很鲁很很鲁视在线视频|香蕉伊人不卡在线看|天天鲁啪视频在线  快播伦理  av男人天堂网  蝌蚪窝一个释放的网站|老司机视频们懂的视频|琪琪色原网站影院  好看的日本av-日本一级特黄大片大全-黄色电影日本大片  久草|久草视频|久草影院|久草在线影院  蔓草社区  福利视频|好吊日av在线视频|超碰上传最新公开视频  四虎影院网站|四虎影视网址|四虎网站  台湾佬中文娱乐网|台湾佬中文网|台湾佬电影网  欧洲女人性开放视频|欧美av|欧美群交  日日草久草网|久草影院|久草热久草在线视频|久草在线影院  免费韩国成人影片