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摘要
【目的】由于工质环保、使用方便，涡流管广泛应用于各种定点或小范围制冷的工业环节，但受制于制冷量小、效率低等缺陷而难以进一步推广应用。为研究涡流管效能优化方法，对超声速涡流管进行了能量分离效能分析，设计了一种超声速涡流管，用Laval喷嘴替换了传统涡流管中的渐缩喷嘴，使喷嘴出口气流达到超声速状态。【方法】通过数值模拟和实验的方式，研究了其效能随结构参数和操作参数变化的规律。利用ANSYS Fluent对较高入口压力下的工况进行了数值计算，并在较低入口压力下开展了实验，得到了长径比、马赫数和入口压力影响超声速涡流管能量分离效能的规律。【结果】数值模拟结果与实验结果中效能曲线变化趋势大致相同。数值计算中，入口压力为12 MPa时，长径比为25的超声速涡流管最佳制冷效应可达57.01 K。【结论】研究表明，超声速涡流管的制冷、制热效应好，但其最佳制冷效率远低于传统涡流管。在一定范围内，增大长径比、喷嘴出口气流马赫数和入口压力可以提升超声速涡流管能量分离效能。
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