進(jìn)氣溫度及冷流率對(duì)渦流管制冷性能的影響

王宗勇 丁 帆 孟輝波 丁桂彬

(沈陽(yáng)化工大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，沈陽(yáng) 110020)

引 言

渦流管是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的能量分離裝置，因具有操作簡(jiǎn)單、工作性能安全穩(wěn)定、冷熱范圍大、性價(jià)比高等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、制冷、加工、真空、生物醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域。

自渦流現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，提高渦流管的制冷及制熱性能就成為各國(guó)科學(xué)家研究的主題。盡管目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于渦流管內(nèi)部能量分離機(jī)理還沒(méi)有得到統(tǒng)一的結(jié)論，但這并不影響對(duì)渦流管內(nèi)部工作性能的研究分析。龔迪瀾等[1]通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析分別從膨脹比、節(jié)流閥開度和進(jìn)氣溫度的角度研究了渦流管的制冷和制熱溫度效應(yīng)以及冷流率的變化規(guī)律，結(jié)果表明在相同的節(jié)流閥開度下，隨著進(jìn)氣溫度的升高，渦流管的制冷和制熱溫度效應(yīng)、總制冷量均增大，而冷流率先升高后降低，進(jìn)氣溫度每增加20 K，制冷溫度效應(yīng)平均增幅約為12%，制熱溫度效應(yīng)平均增幅為5%。曹勇[2]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)常溫(288 K)和低溫(240 K)下的冷流率、入口壓力、工質(zhì)種類等渦流管特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)常溫和低溫下渦流管的冷端溫差和冷流率的變化趨勢(shì)基本相同，但是在相同的入口壓力、噴嘴等條件下，低溫下的冷端溫差比常溫下的冷端溫差大。Devade等[3]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了冷孔直徑、長(zhǎng)徑比和出口閥角度對(duì)渦流管制冷和制熱性能的影響。Berber等[4]基于rule-based Mamdani-type fuzzy建模技術(shù)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了逆流渦流管的制冷和制熱性能，發(fā)現(xiàn)冷流率的增加是由于冷氣流質(zhì)量流量的增加和熱氣流質(zhì)量流量的減少。Sharma等[5]對(duì)渦流管數(shù)值分析研究的發(fā)展歷程進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。Tyutyuma[6]基于渦流管平面旋流模型，采用實(shí)驗(yàn)與模擬對(duì)比方法，從理論上分析了管內(nèi)熱過(guò)程對(duì)渦流能量分離效率的影響。周少偉等[7]通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法研究了渦流管制冷效應(yīng)、單位制冷量和絕熱效率隨切向入口壓力與冷氣流率兩個(gè)特定因素的變化規(guī)律，并推導(dǎo)出相對(duì)制冷特性隨冷氣流率變化的經(jīng)驗(yàn)公式。何曙等[8]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了進(jìn)氣壓力對(duì)渦流管性能的影響。何麗娟等[9]以理想CO2氣體為工作流體，對(duì)渦流管的能量分離效應(yīng)進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)隨著冷流率的增大，冷熱流分界面逐漸增大，制冷溫度效應(yīng)呈先增大后減小的趨勢(shì)。

對(duì)于渦流管而言，其工質(zhì)主要來(lái)源于空壓機(jī)或空氣儲(chǔ)罐?？諌簷C(jī)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)或空氣儲(chǔ)罐環(huán)境溫度的變化會(huì)導(dǎo)致壓縮空氣溫度產(chǎn)生波動(dòng)，特別是在空氣消耗量比較大的情況下，溫度會(huì)產(chǎn)生較大幅度的波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)渦流管的制冷性能造成明顯影響。當(dāng)前文獻(xiàn)多采用理想渦流管模型，主要集中于對(duì)渦流管結(jié)構(gòu)參數(shù)以及壓力、介質(zhì)等操作參數(shù)的研究，針對(duì)溫度與冷流率改變對(duì)渦流管性能影響的研究相對(duì)較少，關(guān)于進(jìn)氣溫度和冷流率對(duì)渦流管制冷性能的影響規(guī)律缺乏深入的理解，進(jìn)而阻礙了渦流管的工業(yè)應(yīng)用及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為此，本文選取更加寬泛的溫度范圍，研究溫度與冷流率對(duì)渦流管性能的影響。采用基于工業(yè)應(yīng)用的渦流管模型，就270～310 K溫度范圍內(nèi)不同進(jìn)氣溫度和冷流率對(duì)渦流管制冷性能的影響進(jìn)行研究，以便掌握進(jìn)氣溫度和冷流率這兩種參量對(duì)制冷性能的影響規(guī)律，更好地指導(dǎo)渦流管的工程應(yīng)用，并為渦流管設(shè)計(jì)提供一定的理論支撐。

1 計(jì)算模型的建立

1.1 渦流管物理計(jì)算模型

本文的研究對(duì)象結(jié)構(gòu)基于NEX FLOWTM50008H型渦流管，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。渦流管由噴嘴、環(huán)形進(jìn)氣腔、流道、渦流發(fā)生室、冷端管、熱端管和熱端調(diào)節(jié)閥7部分組成，其結(jié)構(gòu)尺寸如下：渦流管總長(zhǎng)L=130 mm，噴嘴直徑Di=12 mm，環(huán)形進(jìn)氣腔內(nèi)徑D1=22 mm，外徑D2=25 mm，流道沿渦流發(fā)生室切向分布，流道截面為矩形，邊長(zhǎng)B=1.8 mm，渦流發(fā)生室直徑Dv=14 mm，冷端管徑Dc=5.4 mm，冷端管長(zhǎng)Lc=40 mm，熱端管錐段錐度θh=26.6°，熱端管徑Dh=11 mm，熱端管長(zhǎng)Lh=85 mm,熱端調(diào)節(jié)閥為圓錐臺(tái)，其大圓直徑D3=8 mm,小圓直徑D4=5 mm，熱端調(diào)節(jié)閥錐度θ=32°。

1.2 湍流模型和邊界條件

由于渦流管內(nèi)部流體的速度非常高且運(yùn)動(dòng)過(guò)程復(fù)雜，因此認(rèn)為渦流管內(nèi)部流體作湍流運(yùn)動(dòng)，且氣體可壓縮。Sinhamahapatra等[10]、李龍等[11-12]、Skye等[13]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，Standardk-ε模型是一個(gè)半經(jīng)驗(yàn)公式，適用范圍廣、經(jīng)濟(jì)且有合理的精度，適用于完全湍流的流動(dòng)模擬，可以很好地反映渦流管內(nèi)部流場(chǎng)的變化情況。因此本文采用Standardk-ε湍流模型，穩(wěn)態(tài)流動(dòng)條件下的雷諾應(yīng)力項(xiàng)、湍動(dòng)能方程和耗散率方程分別為

(1)

(2)

(3)

式中，Gk為平均速度的梯度變化產(chǎn)生的湍動(dòng)能項(xiàng)；Gb為由浮力影響產(chǎn)生的湍動(dòng)能項(xiàng)；YM為在可壓縮湍流中，過(guò)度耗散產(chǎn)生的波動(dòng)；σk和σε分別表示與湍動(dòng)能k和耗散率ε對(duì)應(yīng)的Prandtl數(shù)；Sk、Sε分別為k、ε的源項(xiàng)；C1ε、C2ε、C3ε為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；μt為湍流黏性系數(shù)。

本文選用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，所用流體為理想可壓縮空氣，比熱cp=1 006.43 J/(kg·K)，黏度μ=1.789 4×10-5kg/(m·s)，壁面光滑且無(wú)滑移，渦流管入口邊界條件設(shè)為壓力入口條件，pi=0.6 MPa(總壓)，冷熱端出口邊界條件均采用壓力出口條件，其中冷端出口壓力pc=0.1 MPa，熱端出口為靜壓且可調(diào)，通過(guò)調(diào)節(jié)熱端壓力來(lái)改變冷流率。

1.3 網(wǎng)格劃分及網(wǎng)格無(wú)關(guān)性檢驗(yàn)

網(wǎng)格對(duì)于模型的計(jì)算結(jié)果有著很大的影響，本文模型采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行劃分。為了消除網(wǎng)格數(shù)量對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，確定最佳的網(wǎng)格尺寸，在保持熱端出口壓力ph=0.32 MPa的條件下，得到了不同網(wǎng)格數(shù)量對(duì)最大總溫差(相同條件下渦流管最低溫度與最高溫度的差值)的影響規(guī)律，如圖2所示。從圖2可以看出，隨著網(wǎng)格數(shù)量的增加，最大總溫差呈增大趨勢(shì)，在網(wǎng)格數(shù)量達(dá)到15×105以上時(shí)，最大總溫差變化趨勢(shì)趨于平緩，繼續(xù)加密網(wǎng)格達(dá)到相同的精度時(shí)所用時(shí)間較長(zhǎng)。因此，本文最終選取網(wǎng)格數(shù)量為16×105，該網(wǎng)格數(shù)量下網(wǎng)格尺寸對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響可以忽略不計(jì)。

2 計(jì)算結(jié)果及分析

為方便分析，對(duì)渦流管的性能參數(shù)進(jìn)行定義，表達(dá)式分別如下。

制冷溫度效應(yīng)：ΔTc=Ti-Tc

(4)

制熱溫度效應(yīng)：ΔTh=Th-Ti

(5)

總溫差：ΔT=Th-Tc

(6)

(7)

單位制冷量：qc=mcpΔTc

(8)

(9)

式中，Ti、Tc、Th分別為渦流管入口、冷端出口、熱端出口溫度，K；Qi、Qc分別為渦流管入口、冷端出口質(zhì)量流量，kg/s；cp為定壓比熱容(270～310 K范圍內(nèi)cp=1 006.43 J/(kg·K))；pi、pc分別為入口、冷端出口壓力，MPa；R為空氣氣體常數(shù)，R≈8.314 J/(mol·K)。

2.1 模擬可靠性的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

湍流模型的選擇對(duì)于計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性具有很大的影響，為了確保所選用湍流模型的合理有效，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

2.1.1實(shí)驗(yàn)裝置及流程

圖3(a)為本文所用模型的實(shí)驗(yàn)裝置，選用NEX FLOWTM50008H型渦流管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用空氣壓縮機(jī)作為供氣源，通過(guò)改變熱端調(diào)節(jié)閥開度、調(diào)節(jié)冷熱比例，從而改變冷流率。

2.1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

圖4是在進(jìn)氣溫度為290 K、進(jìn)氣壓力0.3 MPa(表壓)條件下制冷溫度效應(yīng)隨冷流率變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相同條件下的模擬結(jié)果曲線。從圖4可以看出，實(shí)驗(yàn)與模擬的制冷溫度效應(yīng)隨冷流率的變化規(guī)律基本相同，兩者的平均相對(duì)偏差為37.6%。部分冷流率下的相對(duì)偏差較大，是由于渦流管與連接管路無(wú)法做到與外部環(huán)境完全絕熱，致使冷端出口溫度測(cè)量值偏高，反映到圖中就會(huì)出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)偏差較大的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)中制冷溫度效應(yīng)越大，誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響就會(huì)越小。由于模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果變化趨勢(shì)相同，并且平均相對(duì)誤差在可接受的范圍內(nèi)，可以認(rèn)為本文的模擬方法和湍流模型是正確可靠的。

2.2 進(jìn)氣溫度對(duì)渦流管冷端和熱端溫度的影響

渦流管冷端溫度、熱端溫度與進(jìn)氣溫度的差值代表了渦流管的能量分離效果。當(dāng)冷端和熱端出口溫度與進(jìn)氣溫度相同時(shí)，渦流管就失去了能量分離作用。為了便于直觀分析進(jìn)氣溫度對(duì)渦流管冷端和熱端溫度的影響，本文提出了溫度輔助線概念，該輔助線上任意一點(diǎn)的冷端溫度或熱端溫度與進(jìn)氣溫度相同。溫度輔助線與實(shí)際的冷端或熱端溫度線的偏差程度代表了渦流管的能量分離能力。

圖5(a)是不同冷流率下渦流管冷端溫度隨進(jìn)氣溫度的變化曲線。從圖中可以看出，隨著進(jìn)氣溫度的升高，冷端出口溫度基本上按照線性規(guī)律同步升高；不同的冷流率下冷端出口溫度隨進(jìn)氣溫度的變化趨勢(shì)基本相同；隨著進(jìn)氣溫度的升高，制冷溫度效應(yīng)也相應(yīng)增大，但增大幅度較小。

圖5(b)是不同冷流率下渦流管熱端溫度隨進(jìn)氣溫度的變化曲線。與圖5(a)對(duì)比發(fā)現(xiàn)它們的曲線變化趨勢(shì)基本相同：隨著進(jìn)氣溫度的升高，熱端出口溫度基本上按照線性規(guī)律同步升高；不同的冷流率下熱端出口溫度隨進(jìn)氣溫度的變化趨勢(shì)基本相同；隨著進(jìn)氣溫度的升高，制熱溫度效應(yīng)也相應(yīng)增大，但增大幅度較小。

由圖5(a)和(b)的對(duì)比可知，進(jìn)氣溫度的升高會(huì)導(dǎo)致渦流管冷端及熱端溫度同步上升，并且進(jìn)氣、冷端和熱端溫度增幅也基本相同。這種現(xiàn)象說(shuō)明，隨著進(jìn)氣溫度的升高，進(jìn)入到渦流管內(nèi)的氣體熱能增加，在沒(méi)有外部做功及絕熱狀態(tài)下，渦流管內(nèi)總能量的增加量就是熱能的增加量。渦流管內(nèi)的總能量除了氣體熱能外，還包括氣體動(dòng)能和氣體勢(shì)能，動(dòng)能和勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化引起渦流管中心區(qū)域和周邊區(qū)域溫度產(chǎn)生差別，這種溫度降低或升高的幅度是相對(duì)而言的，與其基礎(chǔ)溫度即進(jìn)氣溫度絕對(duì)值關(guān)系不大，所以會(huì)產(chǎn)生冷端和熱端溫度隨進(jìn)氣溫度同步上升的結(jié)果。

圖6是在進(jìn)氣溫度Ti=300 K的條件下，圖1中B-B截面處的溫度、軸向速度以及壓力分布云圖，其中冷端方向?yàn)檎?/p>

沉管底板處海床及對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)場(chǎng)處海床的有效應(yīng)力路徑也可以反映結(jié)構(gòu)-海床系統(tǒng)的漸進(jìn)液化歷程。圖5中，沉管遠(yuǎn)、近場(chǎng)海床平均有效應(yīng)力隨波浪循環(huán)周數(shù)增大不斷減小，不同的是，沉管底板處海床由于發(fā)生液化，p′逼近0。同樣對(duì)偏應(yīng)力可以發(fā)現(xiàn)，沉管底板處海床偏應(yīng)力s由波浪作用初始階段的往復(fù)振蕩迅速衰減至0(正應(yīng)力和剪應(yīng)力都接近0)。

從圖6可以看出，隨著冷流率的逐漸增大，熱端管中氣流溫度逐漸升高，熱端管中心區(qū)域與外部區(qū)域的溫差逐漸減??；熱端管中沿管壁向熱端調(diào)節(jié)閥方向流動(dòng)的氣流速度逐漸減小，而沿軸線向冷端出口方向流動(dòng)的氣流速度逐漸增大；熱端管中心區(qū)域與周邊區(qū)域的壓力差逐漸減小。分析以上現(xiàn)象認(rèn)為：冷流率改變的原因是渦流管內(nèi)的壓力場(chǎng)發(fā)生了變化，隨著熱端壓力逐漸增大，冷流率也會(huì)逐漸增大，使沿管壁流向熱端調(diào)節(jié)閥的氣流運(yùn)動(dòng)受阻；熱端壓力越大，冷流率越高，流向熱端管的氣流流速越低，氣流具有的動(dòng)能越小，由氣體動(dòng)能和勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化引起的熱端管中心和周邊區(qū)域的溫度分離效果越差，熱端管中的能量分離效果也相應(yīng)越差。根據(jù)能量守恒定律，中心區(qū)域氣流的溫度會(huì)隨冷流率的增大而增大，熱端管中的氣流溫差隨冷流率的增大而減小。同時(shí)，由于冷熱端壓力差的影響，熱端中心區(qū)域的氣流從高壓流向低壓也會(huì)使得速度增大。

2.3 冷流率對(duì)渦流管制冷性能的影響

圖7是不同進(jìn)氣溫度時(shí)，制冷溫度效應(yīng)ΔTc隨冷流率m的變化曲線。分析此特性曲線可以看出：渦流管制冷溫度效應(yīng)隨進(jìn)氣溫度的增加而增大，且隨著冷流率的增大，進(jìn)氣溫度對(duì)渦流管制冷溫度效應(yīng)的影響在逐漸減小。在同一進(jìn)氣溫度條件下，渦流管的制冷溫度效應(yīng)ΔTc先隨冷流率m的增大而增大，在冷流率為0.1～0.2時(shí)達(dá)到峰值，之后隨冷流率的增大而迅速下降，且隨冷流率的增大，特性曲線的下降速度逐漸降低。以上現(xiàn)象說(shuō)明，在同一進(jìn)氣溫度條件下，存在一最優(yōu)冷流率使渦流管的制冷溫度效應(yīng)達(dá)到最大值。

圖8是在進(jìn)氣溫度Ti=300 K的條件下，圖1中A-A、C-C截面處的溫度及軸向速度分布云圖，其中冷端方向?yàn)檎?。從圖8可以看出，氣流在環(huán)形進(jìn)氣腔及流道中的溫度基本不隨冷流率的變化而變化；隨著冷流率的增大，渦流室中心處的溫度逐漸升高；熱端管中的氣流溫度逐漸升高，冷熱氣流區(qū)分逐漸不明顯；從渦流室流向熱端調(diào)節(jié)閥的氣流速度逐漸減小，熱端管中沿軸線流向冷端的氣流速度逐漸增大。

圖9為進(jìn)氣溫度Ti=300 K，冷流率m=0.5的條件下，渦流管縱截面的速度流線圖。從圖9可以很明顯地看出，高壓氣體進(jìn)入渦流室后，一部分氣流沿管壁流向熱端管，一部分氣流直接流入冷端管。

形成上述溫度分布的原因是高壓氣體進(jìn)入噴嘴后膨脹使得其速度增大，在經(jīng)過(guò)流道后以一定的角度進(jìn)入渦流室并形成自由渦，其中絕大多數(shù)的氣流沿渦流管內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)流向熱端管，在到達(dá)熱端調(diào)節(jié)閥處時(shí)一部分氣流從熱端出口流出，另一部分氣流經(jīng)調(diào)節(jié)閥反彈沿軸線流向冷端管，極少量的氣流直接流入冷端管。在保持進(jìn)氣壓力不變的情況下，熱端壓力增大，迫使熱端管內(nèi)更多的氣流沿軸線流向冷端管，渦流管內(nèi)的能量分離效果增大，同時(shí)也迫使更多的氣流直接從渦流室流入冷端管，使流入熱端管內(nèi)的氣流減少，渦流管內(nèi)的能量分離效果降低。

當(dāng)熱端壓力較小時(shí)，渦流管內(nèi)分離效果的降低量小于其升高量，即由于摩擦等因素使流體速度下降導(dǎo)致的分離效果降低量小于由于冷熱流體之間的能量轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的分離效果升高量，因此渦流管的制冷溫度效應(yīng)呈上升趨勢(shì)；隨著熱端壓力逐漸增大，冷流率逐漸增加，渦流管內(nèi)能量分離效果的減少量逐漸等于其增加量，此時(shí)渦流管的制冷溫度效應(yīng)達(dá)到峰值，此時(shí)的冷流率即為最優(yōu)冷流率；繼續(xù)增大熱端壓力，渦流管內(nèi)能量分離效果的減少量將大于其增加量，渦流管的制冷溫度效應(yīng)呈下降趨勢(shì)。當(dāng)熱端壓力較大時(shí)，渦流管內(nèi)大部分的氣流直接流入冷端管，繼續(xù)增大熱端壓力，提高冷流率，渦流管內(nèi)的能量分離已經(jīng)不明顯，同時(shí)，隨著冷流率的增大，冷熱端溫差逐漸減小，渦流管制冷溫度效應(yīng)的下降趨勢(shì)逐漸減小。

改變進(jìn)氣溫度時(shí)，渦流管中氣體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，渦流管的制冷及制熱溫度效應(yīng)也隨之改變。分析圖7發(fā)現(xiàn)，在同一入口壓力條件下，渦流管的最優(yōu)冷流率不隨進(jìn)氣溫度的改變而改變。我們認(rèn)為，最優(yōu)冷流率與渦流管的工作參數(shù)無(wú)關(guān)。通過(guò)與Devade等[3]、周少偉等[7]、申江等[14]的研究結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，這些文獻(xiàn)中渦流管的最優(yōu)冷流率同樣不隨入口壓力的改變而改變，只有在結(jié)構(gòu)參數(shù)改變時(shí)，渦流管的最優(yōu)冷流率才會(huì)發(fā)生改變。因此可以得出結(jié)論：當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)確定時(shí)，渦流管的最優(yōu)冷流率不因工作參數(shù)的改變而改變。

圖10和圖11分別為不同進(jìn)氣溫度下渦流管單位制冷量qc和制冷效率η隨冷流率的變化曲線。從圖10可以看到，在相同冷流率下，當(dāng)進(jìn)氣溫度升高時(shí)，渦流管的單位制冷量也隨之增大。這是因?yàn)闇u流管的單位制冷量與制冷溫度效應(yīng)有關(guān)，隨著進(jìn)氣溫度的升高，渦流管的制冷溫度效應(yīng)增大，其單位制冷量也隨之增大。

圖10還顯示，渦流管的單位制冷量隨冷流率的增大呈先增大后減小的趨勢(shì)。在冷流率為0.05～0.2時(shí)單位制冷量隨冷流率的增大而增大的幅度最強(qiáng)；在冷流率為0.6～0.8附近時(shí)達(dá)到最大單位制冷量。根據(jù)單位制冷量計(jì)算公式可知，影響渦流管單位制冷量的因素是冷流率和制冷溫度效應(yīng)，從圖7可以看到，隨著冷流率的增大，渦流管的制冷溫度效應(yīng)先增大后減小，冷流率與制冷溫度效應(yīng)的乘積也隨之增大，當(dāng)冷流率達(dá)到0.7左右時(shí)，其乘積達(dá)到最大值，然后逐漸減小。因此，存在一最優(yōu)冷流率使得渦流管的單位制冷量達(dá)到最大值。

從圖11可以看出，冷流率對(duì)渦流管制冷效率和單位制冷量的影響規(guī)律相似，并且渦流管的制冷效率基本上不隨進(jìn)氣溫度的改變而改變。在冷流率為0.5～0.7時(shí)渦流管的制冷效率最高，且最大制冷效率可以達(dá)到29.02%。

圖10和圖11的曲線具有相似性。分析制冷效率公式可知，渦流管的制冷效率受單位制冷量和進(jìn)氣溫度比值的影響，隨著進(jìn)氣溫度的升高，渦流管的單位制冷量也隨之增大，但增大的幅度較小，單位制冷量和進(jìn)氣溫度的比值變化較小，因此渦流管的制冷效率不隨進(jìn)氣溫度的改變而改變。

根據(jù)以上結(jié)果可知，渦流管的制冷及制熱溫度效應(yīng)是冷流率的獨(dú)立函數(shù)。從圖10可以看出，單位制冷量隨冷流率變化曲線的趨勢(shì)基本不受進(jìn)氣溫度的影響。因此可以得出結(jié)論，當(dāng)渦流管的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定時(shí)，渦流管的制冷效率不會(huì)隨其操作參數(shù)的改變而發(fā)生變化。

3 結(jié)論

(1)在同一冷流率下，渦流管的冷端出口溫度、熱端出口溫度、制冷溫度效應(yīng)及單位制冷量均隨進(jìn)氣溫度的升高而增大，而制冷效率基本不受進(jìn)氣溫度的影響。

(2)在不同溫度下，渦流管的制冷溫度效應(yīng)、單位制冷量及制冷效率都隨冷流率的增大呈先增大后減小的趨勢(shì)。

(3)在不同溫度下，冷流率存在一最佳范圍使得此范圍內(nèi)的渦流管制冷溫度效應(yīng)、單位制冷量及制冷溫度效應(yīng)的值最大，但各個(gè)渦流管對(duì)應(yīng)的冷流率范圍不同，且此范圍基本不受進(jìn)氣溫度的影響。