涡流管的工作原理

涡流管的工作原理

摘要

涡流管中，从同一个管道进入的冷流与热流的产生已经被许多研究者研究，目的是为了找寻分离的初步原因。本论文做出了一个对涡流管中的流动行为的详细解释与描述了用许多实验方法确定的在涡流管中产生冷流热流的机械工作原理，这些方法包括：对水动涡流管的内在流动结构的可视化，对水动和空气操动涡流管内部的速度方面的测量。理论上温度下降的估算是建立在这篇文章所介绍的强迫涡流的压迫梯度的基础上的，并且一致认定的实验结果被保存了下来。对于空气操动涡流管的流动性能的放射能测试分析指出：没有外部的能量转移到热流部分的涡流管。甚至，温度升高的主要原因是流动结构的停滞和混合。在被提出的机械原理的基础之上，带有许多几何参数的涡流管的早已预测的表现和实验结果一致，同时反过来证实了早已被提出的机械理论的正确性。

涡流管：工作原理

涡流管是一个能将从喷嘴进入的空气分离成两个温度不同的气流的热工设备。从切线方向注射进入涡流管的压缩空气被分成比进入时温度一个较高一个较低的气流。用这种方法，热气流和冷气流只是被涡流管分离开而不是用附加的其他构件。图1表示一个逆流涡流管的内部结构和被指定的在涡流管中的流动行为。重要的是，因为在管道中涡流管没有其他的部件，所以对于两个不同温度的气流的分离只能通过流动动力的作用来实现。在以前的研究中，涡流管表现出促进作用在冷空气，热空气，混合空气的分离上。在与其他的工业技术的比较上，涡流管的主要优点在于没有活动部件，体积小，低成本，免费保修及有可调节的即可制冷制，这些优点激励了正在进行的对于这个简单设备的机械原理的研究，带着改善管道的工作状态和确定主要因素的目标进行试验。

对于温度分离的基础已经提出了许多的假设。假设包括涡流管的压力梯度，气流的内部摩擦和涡流管中工作气流与内壁的摩擦，涡流管中的静止温度梯度和次要的环流与声气流。详细的讨论和分析得出了上述假设。这些假设在上文中提到。图表表示一个广泛被接受的关于涡流管中热环境的解释，这个解释在之前没有被提出来是因为涡流管中复杂的流动机械理论。最近，Liewet al. (2012)报道说在温度分离时由涡流产生的绝热性的压缩和膨胀提供了一个理论性的对于温度的预测，这是以现存的压力为基础做出的预测。然而，如同之前发表的文章中提到的，工作气流的压力不能被认作为温度上升的原因，因为在涡流管内部的压力总是低于入口的压力。这个理论(Xue et al., 2012)同其他理论(Gao, 2005; Hartnett and Eckert, 1956; Lay, 1959)都被可测量的涡流管压力分配所证实。

本论文阐述了一个对于涡流管中冷热流产生的新解释，这个解释是建立在局部停滞和由于发生在管道尾部的多向环流以及在注射嘴处的压力梯度的基础之上。在对之前假设(Xueet al., 2010)的反思中，这个解释第一次被提出来，并在多次的实验研究(Xue et al., 2011, 2012, 2013)中得到证实。

在这个文章中，是有对这个理论解释的细节描述，其理论是关于被涡流管中流动行为和流动性能的实验及研究证实并支持的。流动结构的可视化及气流驱动和水驱动的涡流管的高速构件的测量表示出调整过的流动结构使得气流按照温度被分成两股。对于其有效性的结论也被在管道冷端预测的温度下降和实验数据的相关性所证实。在管道中做的能量分析也证明了在不同流动层次有可忽略的能量传输，这证明了外围流动的能量传输是导致温度上升的主要因素，即通过已调整的流动结构。涡流管的工作原理与已调整的机器原理有一定关系。同时，理论价值和研究必要的实验结果之间存在的重要相关性也证实了涡流管的工作原理。