渦流板內(nèi)部場三維數(shù)值模擬研究.pdf

1、渦流管是一種結(jié)構(gòu)簡單的能量分離裝置，能夠產(chǎn)生Ranque-Hilsch效應(yīng)，即將高壓氣體分離成冷熱兩股氣流。渦流管的特點是結(jié)構(gòu)簡單、無運(yùn)動部件、維護(hù)簡便、工作可靠。目前已在制冷、空調(diào)、天然氣分離、機(jī)械加工等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。然而由于其效率低，制冷量小等缺點制約了其更廣泛的應(yīng)用。 本文應(yīng)用數(shù)值模擬的方法，著重對渦流板的內(nèi)部場進(jìn)行分析研究，并根據(jù)現(xiàn)有的關(guān)于渦流管工作原理、特性、結(jié)構(gòu)特點等方面的研究成果，結(jié)合熱力學(xué)、傳熱學(xué)以及流體力學(xué)

2、等理論，建立渦流板的數(shù)學(xué)模型，并利用CFD軟件進(jìn)行模擬計算，分析研究渦流管的能量分離效應(yīng)，從而向集成化的渦流板結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論拓寬，同時引入渦流板的結(jié)構(gòu)特性研究。 首先，根據(jù)渦流管內(nèi)流動有摩阻流動和絕熱節(jié)流過程，建立了渦流管熱力學(xué)模型，通過熱力學(xué)分析和熵產(chǎn)理論分析渦流管的Ranque-Hilsch效應(yīng)。渦流管徑向能量遷移假設(shè)表明，在能量分離過程冷端氣體流向熱端氣體流進(jìn)行能量遷移。這包括渦流管壁面產(chǎn)生的在摩擦阻力作用氣體流螺旋運(yùn)動區(qū)域

3、的動能向熱能轉(zhuǎn)換，以及在渦流管壁面附近產(chǎn)生的耗散熱能傳遞給熱流氣體。與此同時，熱流氣體的動能和內(nèi)能同時上升，總焓超過入射氣體。于是，渦流管的熱端排除熱流氣體，冷端排除冷流氣體。 其次，引入渦流板概念，對渦流管(板)進(jìn)行數(shù)值模擬，對比數(shù)值模擬和試驗結(jié)果，驗證了數(shù)值模擬方法的可靠性。在誤差允許的范圍內(nèi)，渦流管冷流率特征曲線描述的結(jié)果與渦流管熱力學(xué)理論給出的結(jié)果非常相近，說明渦流管熱力學(xué)理論假設(shè)能夠描述Ranque-Hilsch效應(yīng)。