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涡流管 编辑

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什么是涡流管

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涡流管,也被称为兰克-赫尔胥涡流管,是一种机械装置,一个分离的压缩气体进入热流和冷流。从“热”端出来的气体可以达到200 °C  (392 °F)的温度,从“冷端”出来的气体可以达到−50°C(-58°F)。它没有活动部件。

压缩气体被切向注入旋流室,并加速至高转速。由于在管子末端的锥形喷嘴,只允许压缩气体的外壳在该末端逸出。其余的气体被迫在外涡流中以直径减小的内涡流返回。

涡流管

操作方法

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为了解释涡流管中的温度分离,有两种主要方法:

基本方法:物理学

这种方法仅基于xxx原理物理学,并且不仅限于涡流管,而且通常适用于移动气体。它表明,移动气体中的温度分离仅是由于移动参考系中的焓守恒所致。

涡流管中的热过程可以通过以下方式估算:

1)进入气体的绝热膨胀,这会冷却气体并将其热量转化为旋转动能。总焓是焓和动能之和,因此是守恒的。

2)外围旋转气流向热出口移动。这里的热量回收在快速旋转的外围流和相反的缓慢旋转的轴向流之间会产生影响。在这里,热量从轴向流传递到外围流。

3)旋转的动能通过粘性耗散转化为热量。气体温度升高。由于在换热过程中总焓增加,所以该温度高于进入的气体。

4)一些热气体离开热出口,带走多余的热量。

5)其余气体转向冷出口。当其通过冷出口时,其热能被传递到外围流中。尽管到处轴和外围的温度都差不多,但轴的旋转较慢,因此总焓也较低。

现象学方法

这种方法依赖于观察和实验数据。它专门针对涡流管的几何形状及其流动的细节而量身定制,旨在与复杂的涡流管流动的特定可观测值相匹配,即湍流、声学现象、压力场、空气速度等。涡管的较早发表的模型是现象​​学的。他们是:

  1. 径向压差:离心压缩和空气膨胀
  2. 角动量的径向传递
  3. 能量的径向声流
  4. 径向热泵

现象模型是在较早的时候对欧拉的涡轮方程没有进行彻底分析而建立的。在工程文献中,主要研究该方程式以显示涡轮机的功输出。而不进行温度分析,因为与发电不同,涡轮冷却的应用受到限制,而发电是涡轮的主要应用。过去,对涡流管的现象学研究在提供经验数据方面很有用。但是,由于涡流的复杂性,这种经验方法只能显示影响的各个方面,但无法解释其工作原理。长期以来,由于专门针对经验细节,经验研究使涡流管效应显得神秘,其解释也颇受争议。

涡流管的效率

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涡流管的效率比传统空调设备低。当有压缩空气可用时,它们通常用于廉价的点冷却。

涡流管的应用

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当前的应用

商业涡流管设计用于工业应用,可产生高达71°C(127°F)的温度降。由于没有活动部件,没有电力,也没有制冷剂,涡旋管仅使用100 scfm的100 PSI(6.9 bar)压缩空气,就可以产生高达6,000 BTU / h(1,800 W)的制冷量。热空气出口中的控制阀可在很大范围内调节温度、流量和制冷。

涡流管用于在加工过程中冷却切削工具(车床和铣床,包括手动和CNC机床)。涡流管非常适合这种应用:机加工车间通常已经使用了压缩空气,而快速喷射的冷空气既可以冷却又可以清除工具产生的“碎片”。这完全消除了或大大减少了对液体冷却剂的需求,而这是麻烦的,昂贵的且对环境有害的。


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词条目录
  1. 什么是涡流管
  2. 操作方法
  3. 基本方法:物理学
  4. 现象学方法
  5. 涡流管的效率
  6. 涡流管的应用
  7. 当前的应用

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