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涡流管,又称兰克·赫尔胥(Ranque~Hilsch)管,是一种将高压流体分离为高温和低温两股低压气流的设备。涡流管的气体涡流制冷与传统制冷方式相比具有结构简单,无运动部件的特点,它能将高压气体分离为总温不同的两股气流,已在制冷领域、天然气领域、混合物分离、航空领域以及诸多工业领域得到广泛应用。本文通过Fluent数值模拟方式,以二氧化碳为工质,对涡流管在涡流管—喷射吸收式制冷系统中的增效作用进行研究。进行结构参数、操作参数(对涡流管制冷、制热效应影响的分析,进行涡流管结构优化,为涡流管—喷射吸收式制冷系统提供最优的涡流管结构。在此基础上,分析了管内二氧化碳的流动特性、速度、压力、温度的分布,为进一步揭示涡流管能量分离机理奠定基础。对涡流管内流动特性以及速度的分布结果表明:管内存在明显的三种流动形式,分别为以轴向速度为零速度分界的内旋流与外旋流、以切向速度在径向上先增大后减小形成的自由涡与强制涡、以径向速度在径向上呈现出的循环流。在此三种流动形式的基础上,管内形成了与内外旋流相似的入口气流等温面的分布,径向上与切向速度分布相似的在内外旋流、自由涡与强制涡的径向分界处具有剧烈的温度变化,轴向上与速度分布在涡流室附近具有强烈的温度变化,随着轴向距离的增加气流温度趋于一致。压力分布于温度分布相似,由热端指向冷端的压力梯度为低温气体与高温气体运动方向相反的运动提供动力,径向上轴心与壁面之间的压力梯度促进了三种流动形式进行能量交换。模拟结果表明喷嘴流道数为6冷流率为0.1时涡流管具有最佳制冷温度、制热温度效应。涡流管冷流率在0.1~0.9范围内变化时,在冷流率为0.1时COP与制冷量最小分别为0.57、1.08 Kw,在冷流率为0.6时达到峰值分别为0.79、1.51Kw,新型涡流管~吸收式制冷系统的COP因冷流率增大增量为0.22、系统制冷量增量为0.43 KW。涡流管膨胀比在3~4.4范围内变化时,新型涡流管~吸收制冷系统的COP及制冷量在膨胀比为4.1时COP与制冷量最小分别为0.74、1.49 Kw,在膨胀比为3.3时达到峰值分别为0.83、1.69 Kw,新型涡流管~吸收式制冷系统的COP因膨胀比的增大增量为0.09、系统制冷量增量为0.2 KW。喷嘴流道数在2~6范围内变化时对新型制冷系统COP及制冷量影响较小,COP在0.33左右变化较小,制冷量为1.24 KW左右变化较小。涡流管热端管长度100~200 mm范围内变化时对新型制冷系统COP及制冷量影响较大,热度管长度为100 mm时,COP最大值为0.75,最大制冷量为1.43 kw。冷孔板直径D=1.5~3.5 mm范围内变化时对新型制冷系统COP及制冷量影响较大,冷孔板直径D=2.5 mm时,COP最大值为0.67,最大制冷量为1.28 kw。热端管直径R=4.0~6.0 mm范围内变化时对新型制冷系统COP及制冷量影响较大,热端管直径R=5.0 mm时,COP最大值为0.68,最大制冷量为1.28 KW。