为了将热量从热源传递到高温散热器，热泵消耗功率。本发明专利技术能自发地将热量从热源传递到被伯努利效应局部冷却到低于热源温度的温度的通常较温暖的工作流体的一小部分。伯努利效应发生于被成型为维持层流的文丘里管成形管内。通过将热量传递限制到文丘里管的小部分内可改进热量－传递效率，在该文丘里管的小部分内流动物温度、速度、压力梯度和努谢尔特效应均增强热量传递。在该区域内，借助于延伸横过文丘里管颈部的导热格栅可使热量传递最大。
A Venturi tube for heat transfer
In order to transfer heat from the heat source to the high temperature radiator, the heat pump consumes power. The present invention can spontaneously transfer heat from a heat source to a small portion of a generally warmer working fluid that is partially cooled by the Bernoulli effect to a temperature lower than the heat source temperature. The Bernoulli effect occurs in a Venturi tube forming a laminar flow. Through the restriction of the heat transfer to a small portion of the Venturi can improve the heat transfer efficiency in a small part of the Venturi tube flow in animal temperature, velocity and pressure gradient and Nusselt effect enhanced heat transfer. In this region, maximum heat transfer is achieved by means of a heat conducting grille extending across the Venturi tube neck.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及将热量从热源移到取暖器散热装置(warmer heat sink)的热 泵、设备。更明确地说，本专利技术涉及伯努利(Bernoulli)热泵。
技术介绍
热机是将热量从热源移到散热器(sink)的设备。根据热量的流动方向 热机主要分为两类。热量自发地"向下"移动、即朝较低温度流动。举例 来说，如通过内燃机所说明的那样，利用这种"向下"的热流产生机械功， 就象水流一样。使热量"向上"移动的设备、即使之朝更高温度移动的设 备被称为热泵。热泵需要消耗功率。制冷机和空调器是热泵的一些实例。 大多数热泵通过使工作流体1在包括热源和散热器的温度的范围内改变温 度来工作。在这种情况下，热量可从热源自发地流到温度低于热源的那部 分工作流体内。类似地，热量也可自发地从温度高于散热器的那部分工作 流体流动到散热器内。工作流体的所需温度变化通常通过对工作流体进行 压缩和膨胀来实现。比较起来，伯努利热泵通过将不规则的分子运动(呈现于流体的温度 和压力中)转换成定向(directed)运动(呈现于宏观的流体流动中)来实 现工作流体所需的温度改变。(不规则和定向运动的区别在分子速度的固 定分布中特别清晰。不规则运动是这种分布的宽度，而定向流动则是相同 分布上的平均值。)当流动的横截面面积减小时，如当流体经过喷嘴或文丘 里管(Venturi)时，流体自发地将不规则运动转换成定向运动。与横截面面 积相关的温度、密度和压力的改变是所谓的伯努利原理。尽管压缩消耗功 率，但伯努利转换不消耗功率。伯努利转换的能量转换特性是被伯努利热 泵利用的主要性能。可将伯努利热泵与图la和lb所示的传统热泵进行比较。如图la所示， 传统的热泵由四个基本部件构成压缩机4、膨胀阀7、低温热交换器3和 高温热交换器2。图lb示出了伯努利热泵将膨胀阀7和低温热交换器8所起的作用结合到能进行传热的文丘里管8内的情况。伯努利热泵在工作流 体通量较大时要求较小的压力变化，而传统的系统工作流体通量较小时要求较大的压力变化。因此，传统系统(图la)中的压缩机4部件在伯努利 热泵(图lb)中可用风扇或风机9代替。人们已对传统热泵、伯努利热泵、 热交换器、压缩机、风机和文丘里管进行过广泛讨论。本专利技术描述的是用 于将热量3高效地传递到流经文丘里管的流体内的新颖结构。本专利技术的重 要性是提高了伯努利热泵的效率。下文将集中描述现有技术存在的问题和 本专利技术的技术解决方案。图2和3提供了对包括伯努利热泵的现有技术和本专利技术进行比较的基 础。图1示出了温度、密度、压力、流速和经受所谓一维流的可压缩气体 的^f黄截面面积的相关变化。对于这种公知的和深入研究过的现象没有新的本专利技术的伯努利转换的早期效果的简明基础，此处可再现流动的可压缩流 体的这些性能的相关变化。在一维流中，四个共变量中的任一个的技术要 求(specification)间接表示其余三个的值。(压力是温度和密度的产物)。 图2示出了根据流速(其平方)间接表示的温度、密度、压力和横截面面 积。流速用相应的无量纲的马赫数(Mach number )标出。温度随流速的平 方线性减小是能量转换、即将不规则动能转换成有向动能(directed kinetic energy)的直接结果。所以产生伯努利效应的流速刻度是两种速度的比率的 马赫数是不奇怪的。图1所示的量被标准化为它们在静止气体中的值。图2示出了 US Patent 3,049,891与其他专利技术和与本专利技术的直接关系。US Patent 3,049,891要求流动是超音速的(马赫数值大于1 )。图2示出了对于 超音速流动来说气体温度确实较低。但是图2同时也示出了由亚音速流动 引起的温度降低更适合于很多实际目的。值得注意的是，就此而论，在图2 所示的温标是绝对温度。也就是说，例如，在马赫数为1的流速时，气体 温度降低25°/。。例如，若静止气体的温度是70下，那么靠近文丘里管颈部 的温度在马赫数为1时是零下约60°FD图2所示的一些数值假定用单原子 气体的比热容比(specific-heat ratio )表征的理想气体的等熵流动，即，5/3 。 因此，由伯努利热泵提出的挑战不是产生足够的低温，而是寻求在文丘里 管、甚至亚音速文丘里管颈部附近低温的有效利用。图2所示的第二种直接关系(direct implication)是为保持文丘里管颈部内的高速流动所需的动力可能是重要的。靠近文丘里管颈部的压力几乎 是文丘里管入口压力的一半。如果此压降不能借助于扩散器(文丘里管的 扩大部分)恢复，则将降低伯努利热泵的潜在效率。除了需要扩散器外， 有效性要求在扩散器内维持层流。这就要求直接转移到具有非常平緩地扩 大的特征的扩散器内，即，转移到极不对称的文丘里管(具有极不同的收 缩和扩张截面的文丘里管)中。与所谓的"临界流文丘里管"相关的大量 文献资料指出，例如，圆锥形扩散器应具有小于IO度的一半的角度(圓锥壁和对称轴线之间的角度)。虽然在美国专利2,325,036号；2,441,279号和 3,200,607号中披露了伯努利热，但它们没有陈述扩散器的效率和作用，也 没讨论文丘里管非对称性的效率需求。若将这些文件的前两篇预想为飞机 技术，由短扩散器所消耗的功率是可用功率的可忽略的小部分。本专利技术的注意力集中于未被作为参考的所述四项专利技术中的任 一 项提到 的图2所示的第三方面。流速、尤其是马赫数l附近的流速和流动物(flow) 的横截面面积之间的关系。图2示出了随着流速增加面积的倒数(inverse area)经过最大值的情况。该最大值基于拉代尔(Laval)喷管。该最大值的 另一含义是，考虑到作为沿文丘里管轴线的距离的函数时，文丘里管颈部 附近(面积倒数最大值)的温度、密度和压力均呈现出范围狭小的斜坡。 也就是说，图2示出了在马赫数为1的附近温度、密度和流速的改变均很 显著而横截面面积的改变很小的情况。因此，考虑作为沿文丘里管的距离 函数时，或等同地作为横截面面积函数时，在文丘里管颈部处温度、密度 和压力均显示出陡的斜坡。图3示出了用于特定的和被详细研究的文丘里 管形状11的温度变化。(沿文丘里管轴线的温度、密度、压力和流速的变 化由图2借助于以横截面面积作为沿文丘里管的轴线的距离的函数为条件 而给定(隐含)。通过使所谓的"环形临界流文丘里管"的横截面面积的面 积变化可获得图3。在这些装置中，文丘里管的缩小部分是环面，而扩张部 分是圓锥形)。如果文丘里管壁在图3所示的斜坡的区域外侧导热，那么文 丘里管壁提供了用于将热量从其他处的工作流体流动物中传到相同流体流 动物的冷颈的传热路径。即，在没有净效益的情况下，传递到工作流体流 动物的颈部部分的热量来自其他处的相同的工作流体流动物。虽然没有效 益，但有成本。由于传递到工作流体流动物的热量是从热源流动物(期望 的效果)传递的热量和从其他处的工作流体流动物中传递的热量之和，我们看到理想的热量传递被斜坡外侧的热量传递直接减少。将工作流体流动 物和文丘里管壁之间的热量传递限制到图3所示的倾斜区域是本专利技术的焦 点。这种限制在之前的专利中没有提及。这种效应的重要性可由四种附加效应所谓努谢尔特效应(Nusseit effect)和与边界层相关的三种效应本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种能导引流体流动的固体热量－传递文丘里管结构，其中， 所述管的横截面面积沿其轴线变化； 所述横截面面积的所述变化具有至少一个局部最小部分；和 所述管的壁是绝热的，除开 位于靠近所述最小横截面面积的所述管壁的至少一个薄的、导热的横截面部分，及 将所述管壁的所述导热部分连接到热源的热导体。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：阿瑟威廉斯，查尔斯阿戈斯塔，
申请(专利权)人：阿瑟威廉斯，查尔斯阿戈斯塔，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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