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渦流管制熱是一種利用渦流管的作用使高速氣墮胎生旋渦分離出冷、熱兩股氣流,借助冷氣流而獲得制熱技巧。
渦流管制熱發展與應用
是研究渦流管的第一人,在他初期研究過程中,他覺得內旋二氧化碳流的絕熱膨脹過程和外旋氣流的絕熱壓縮過程是形成渦流管形成能量分離效應的根本緣由。覺得形成渦流管能量分離的誘因還應當包括外旋氣流層之間的黏性磨擦效應。
渦流管沒有任何可聯通的部件,啟動時間短,結構簡單,只需壓縮空氣即可,使其在有特殊要求冷卻或制冷需求的領域,有著極為廣泛的應用前景。其中不是由電推動,而是壓縮二氧化碳推動的工作特性尤其適用于煤礦。目前我國煤焦煤礦熱害愈發突出,渦流管制熱系統配合井下的氣動風機能為井下局部降溫多提供一個選擇。有企業的礦用氣動風機由井下0.6MPa的壓縮空氣驅動。氣動風機氣電機所需的工作壓力為0.2MPa,目前0.6~0.2MPa的降糖由降糖閥控制,假若將這部份壓力用于制熱能獲得一舉兩得的療效。
充分地認識渦流管內部紊流以及其體溫場,對于闡明渦流管內部的深層化學機制具有極其重要的意義。并且渦流管內部的能量分離現象則極為復雜,至今仍沒有一種精確的理論就能解釋其能量分離機制。理論剖析是必要的,近些年來,估算流體熱學已廣泛應用于各類紊流和濕度場的數值模擬,借助數值模擬方式可以愈發系統深入地研究渦流管中的復雜流動和能量分離效應。
渦流管制熱工作原理
渦流管主要由由噴管、渦流室、冷端管、熱端管及熱端調節閥組成(如圖1所示)。其制熱過程溫熵圖如圖2所示。
圖中p0、p1、p2分別為環境大氣壓、噴嘴出口壓力、空壓機出口壓力,ΔT1為實際溫降,ΔT2為理論最大溫降。1-2-3-4-1為理想渦流管的制熱循環,其面積為理想渦流管制熱量,環境空氣步入空氣壓縮機等溫壓縮,后經噴管的節流過程,步入渦流管絕熱膨脹,最終排出冷熱端管。
圖中2-3'為實際噴管節流降溫過程,過程中磨擦等損失使焓值降低,3'-4'為實際渦流室中二氧化碳膨脹降溫過程,其膨脹效率介于絕熱膨脹與絕熱漏氣之間,焓降低一部份轉化為二氧化碳的推進功,因此其制熱效率總是比理想節流的等焓過程高。1-2-3'-4'-1為實際渦流管制熱循環,其面積為實際渦流管制熱量。2-5為等焓線,1-2-5過程為單一借助空氣壓縮機出口二氧化碳進行節流制熱循環的制熱量。從圖可以發覺理想及實際渦流管總的制熱量總是比單一運用節流效應制熱的制熱效率高。
渦流管常用氨氣及特征
常用氨氣:
常用氨氣是空氣、二氧化碳、氮氣等。高壓二氧化碳為常溫時渦流效應渦流效應,冷氣流的氣溫可以達到-10~-50°C,熱氣流的氣溫達到100~130°C。
渦流管的特性:
形成的冷氣最低可達到零下46℃,但是沒有運動的部件
1.低成本,免維護
2.氣溫從-50°Fto到260°F(-46°to+127℃)
3.流量速度從1到100SCFM(28to4248SLPM)
4.制熱量最大可以達到6000Btu/hr.(1512Kcal/hr.)
5.采用高硬度的碳鋼材質制造,抗腐蝕,抗氧化,抗低溫
6.不用電、不用任何物理物質、沒電火花形成
7.容積小、重量輕、防沖撞
8.產冷氣迅速,并可通過球閥快速調節
總結
(1)渦流管總的制熱量總是比單一運用節流效應制熱的制熱效率高;
(2)渦流管內實際紊流由軸向,徑向和旋渦運動組成,,其流動形態在軸向下為阿基米德螺線,在橫截面上為強制渦—自由渦的模型;
(3)渦流管內流體能量的分離主要發生在渦流室區域附近,且二氧化碳從噴管下來后有少量直接步入冷端孔與冷氣流混和,因而影響渦流管制熱效率。