一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管，包括有入口管，以及依次连通的冷端管、涡流发生室、热端管；入口管与涡流发生室连通，压缩空气从入口管进入涡流发生室，经涡流转换后，冷空气进入冷端管，热空气进入热端管，冷端管的结构为拉瓦尔喷管扩张段结构。涡流发生室中出来的超音速流体流经拉瓦尔喷管扩张段结构，速度加快，一部分能量转化为动能，而温度因此进一步下降，且不影响冷端出口流量。不仅避免了采用锥形结构冷端管的缺陷，而且不需要花费大量资源去找寻最优的冷端孔径参数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管
本技术涉及制冷
，特别是指一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管。
技术介绍
涡流管是一种结构简单的能量分离装置，能在有压差的情况下将气体分离为冷、热两种气流。涡流管目前主要应用于制冷领域，尽管涡流管有结构简单，无运动部件、免维护等诸多优点，但是由于其制冷效率远低于现在市场上主流的蒸汽压缩制冷方式而使用受到限制。评价涡流管性能的关键指标一个是冷流率（冷端出口气体质量流量和入口气体质量流量的比值），另一个就是冷端出口的温降（冷端出口气体的温度和入口气体温度的差值）。为了能够在相同的冷流率情况下更进一步降低冷端出口气体温度，目前有两种主流的办法，一种是采用扩压管的办法：如图1所示，将涡流管冷端出口管加工成带一定锥度的管子，锥度角在2~15°之间。另一种办法就是通过调整冷端出口管的管径。但是以上两种办法都有不小的缺陷：采用扩压管的作用是回收一部分动能以增加进口和分离室的压降并获取更高的分离效率；但是根据边界层流动的分离理论，流体沿扩张流道的减速运动会使压力沿流动方向增加，这就是所谓的逆向压力梯度流动。流体在逆向压力梯度下流动时，微型涡流管性能研究由于流体粘性和壁面的阻滞影响，使紧贴壁面原本就缓慢流动着的流体速度迅速下降，直至为零，其压力又低于下游，故迫使下游流体产生回流，回流与来流碰撞把流体推离壁面就形成了边界层分离。边界层分离发生后将形成涡旋区。由于涡旋损耗动能因而产生了尾涡阻力，使流动损失大为增加。调整冷端管子孔径的办法，孔径太小，冷气不能及时排出，又被热气加热，致使能量分离效果变差；孔径太大，一部分冷气又与热气混合直接从冷端排出，能量分离效果也变差。反复寻找这个最优值工作量大，成本高。如图2所示，拉瓦尔喷管由收缩段、中间喉道以及扩张段组成。收缩段的管口由大变小向中间收缩，扩张段的管口由小变大从中间扩张，中间喉道首尾连通收缩段和扩张段。气体受高压流入收缩段，穿过中间喉道后由扩张段逸出。这一架构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速，同时气流的压力和温度均降低。所以，人们把这种喇叭形喷管叫跨音速喷管。由于它是瑞典人拉瓦尔专利技术的，因此也称为"拉瓦尔喷管"。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是根据上述现有技术的不足，提出一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管，在不影响冷端出口流量的情况下，进一步降低冷端出口气体的温度，提高涡流管的制冷效率。本技术的技术方案是这样实现的：一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管，包括有入口管，以及依次连通的冷端管、涡流发生室、热端管；所述入口管与所述涡流发生室连通，压缩空气从所述入口管进入所述涡流发生室，经涡流转换后，冷空气进入冷端管，热空气进入热端管，所述冷端管的结构为拉瓦尔喷管扩张段结构。进一步地，还包括有外壳和冷端压盖；所述外壳由连通的安装套和所述热端管组成；所述安装套设置有内螺纹，所述冷端压盖设置有外螺纹且内部设置有所述冷端管，所述内螺纹和外螺纹相互咬合，使所述冷端压盖安装于所述安装套内。进一步地，所述冷端压盖与所述安装套之间夹设有密封圈。进一步地，所述涡流发生室一端插入所述热端管的进气口，另一端抵于所述冷端压盖的端部。进一步地，所述安装套侧面设置有与所述涡流发生室连通的固定孔，所述入口管固定于所述固定孔并与所述涡流发生室连通。进一步地，所述热端管的出气口内设置有阻涡器。进一步地，还包括有连接管和节流消音器；所述连接管一端与所述热端管的出气口连通，另一端与所述节流消音器连通。进一步地，所述连接管与所述热端管的连接处设置有密封圈。采用上述技术方案，本技术的有益效果在于：冷端管的结构为拉瓦尔喷管扩张段结构，涡流发生室中出来的超音速流体流经拉瓦尔喷管扩张段结构，速度加快，一部分能量转化为动能，而温度因此进一步下降，且不影响冷端出口流量。不仅避免了采用锥形结构冷端管的缺陷，而且不需要花费大量资源去找寻最优的冷端孔径参数。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为锥形结构的冷端管的结构示意图。图2为拉瓦尔喷管的结构示意图。图3是实施例的剖面图。图中，10-外壳，11-安装套，12-热端管，13-内螺纹，20-冷端压盖，21-冷端管，22-外螺纹，30-涡流发生室，40-入口管，50-阻涡器，60-连接管，70-节流消音器。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。如图3所示，在本技术提供的实施例，一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管，包括有入口管40，以及依次连通的冷端管21、涡流发生室30、热端管12；入口管40与涡流发生室30连通，压缩空气从入口管40进入涡流发生室30，经涡流转换后，冷空气进入冷端管21，热空气进入热端管12，冷端管21的结构为拉瓦尔喷管扩张段结构。经过数值模拟仿真以及实验测量，涡流发生室30中出来的冷空气速度已经超过音速。而超音速流体和低速流体的性能有所区别，例如低速流体流经狭窄位置时速度会变快，流经宽广位置时速度会减慢。而超音速流体恰恰相反，超音速流体流经扩张的位置时速度会加快。因此，涡流发生室30中出来的超音速流体流经拉瓦尔喷管扩张段结构，速度加快，一部分能量转化为动能，而温度因此进一步下降，且不影响冷端出口流量。不仅避免了采用锥形结构冷端管21的缺陷，而且不需要花费大量资源去找寻最优的冷端孔径参数。本实施例还包括有外壳10和冷端压盖20；外壳10由连通的安装套11和热端管12组成；安装套11设置有内螺纹13，冷端压盖20设置有外螺纹22且内部设置有冷端管21，内螺纹13和外螺纹22相互咬合，使冷端压盖20安装于安装套11内。涡流发生室30一端插入热端管12的进气口，另一端抵于冷端压盖20的端部，进而使冷端管21、涡流发生室30、热端管12依次连通。安装套11侧面设置有与涡流发生室30连通的固定孔，入口管40固定于固定孔并与涡流发生室30连通。热端管12的出气口内设置有阻涡器50。阻涡器50使得涡旋体周向速度迅速下降，增加涡旋体的速度梯度以获得更高的分离效率，同时缩短涡流管能量分离需要的管道长度。本实施例还包括有连接管60和节流消音器70；连接管60一端与热端管12的出气口连通，另一端与节流消音器70连通。其中，节流消音器70起到调节热端气体流量从而调节冷端出口气体温度的作用。冷端压盖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管，包括有入口管，以及依次连通的冷端管、涡流发生室、热端管；所述入口管与所述涡流发生室连通，压缩空气从所述入口管进入所述涡流发生室，经涡流转换后，冷空气进入冷端管，热空气进入热端管，其特征在于：所述冷端管的结构为拉瓦尔喷管扩张段结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管，包括有入口管，以及依次连通的冷端管、涡流发生室、热端管；所述入口管与所述涡流发生室连通，压缩空气从所述入口管进入所述涡流发生室，经涡流转换后，冷空气进入冷端管，热空气进入热端管，其特征在于：所述冷端管的结构为拉瓦尔喷管扩张段结构。


2.根据权利要求1所述一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管，其特征在于：还包括有外壳和冷端压盖；所述外壳由连通的安装套和所述热端管组成；所述安装套设置有内螺纹，所述冷端压盖设置有外螺纹且内部设置有所述冷端管，所述内螺纹和外螺纹相互咬合，使所述冷端压盖安装于所述安装套内。


3.根据权利要求2所述一种基于拉瓦尔喷管扩张段的涡流管，其特征在于：所述冷端压盖与所述安装套之间夹设有密封圈。


4.根据权利要求2所述一种基于拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明俊，唐飞，唐小毛，曹鹏飞，曾泽科，何烈，王武斌，龙群仙，唐续军，
申请(专利权)人：广东高沃科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44