1、实验装置系统，压缩机中的高压空气经由储气过滤器,以减轻压缩气体的振荡，同时也去除其中的油滴、水滴和其他微粒，然后再通过恒温水槽以保持涡流管进El压缩气体的温度恒定，最后通过涡流管分离为冷热两股不同的气流．5为金属浮子流量计，分别用来丈量涡流管入口流量和冷端流量为旁路阀门，用来维持系统气流的不乱.在涡流管入口处、冷端出口处以及热端出El处分别布置合适的测点以便进行压力和温度的丈量，在本实验中压力丈量采用高精度压力表(0．4级)， 温度丈量采用与具有0．1℃刻度的二级尺度水银温度计进行对比标定过的铠装热电偶．在本实验中，对喷嘴的型线和喷嘴的导流道数对涡流管机能的影响进行研究，丈量涡流管的人口吻体温度Ti和流量G ，寒气流出口温度丁f和流量G ，热气流出口温度T ，依据这些数据定义了如下表征涡流管能量分离特性的参数．涡流管制冷温度效应：△Tc—T 一T涡流管制热温度效应：△T 一T 一T涡流管的冷流率：G ×1002．1 喷嘴型线的影响图3、图4是采用本研究设计加工的三流道喷嘴[热端管长为140 mm，涡流管入口压力为0．4MPa(绝压)，出口压力常压，入口温度为24℃]，在不同的喷嘴型线下涡流管的制冷温度效应△T和制热温度效应△T 随冷流率 的变化曲线。在其他前提相同的情况下，本研究设计的喷嘴入口截面，因为其型线是根据气体的活动特性，采用等马赫数设计的，对喷嘴人口型线和喷嘴(螺旋喷嘴)导流道型线均作了改进设计，从而尽量地减小了活动阻力和活动的不平均性，使涡流管的进气气流在压力损失尽可能小的情况下转化成速度能，形成高速的旋流，由式(1)知其出口处的热力学温度低，所以其涡流管的制冷和制热温度效应要好于普通矩形喷嘴和阿基米德螺线形喷嘴的涡流管的制冷、制热温度效应．
2、本文以入口压力为0．4 MPa，入口温度为常温的涡流管为例，研究了涡流管不同喷嘴的入口截面与喷头导流道数对涡流管能量分离效应的影响． 给出了不同喷嘴入口截面和不同喷嘴导流道数对涡流管的制冷与制热温度效应随冷流率的变化曲线．通过实验研究得到以下结论：
(1)喷嘴的横截面临涡流管的制冷温度效应有明显的影响，本研究自行设计的喷嘴入口截面的涡流管的制冷、制热效果要好于普通矩形喷嘴和阿基米德螺线形喷嘴涡流管的制冷效果．
(2)喷嘴的导流道数对涡流管的制冷和制热温度效应均有明显的影响，4流道喷嘴涡流管具有最佳的制冷和制热温度效应，而8流道喷嘴涡流管的制冷和制热温度效应最差．1、影响涡流管制冷温度效应的喷嘴机理
3、与上述实验前提相同，对自行设计加工的喷嘴导流道数分别为3，4，5，6，7，8的涡流管进行实验研究，以了解喷头和喷嘴导流道数对涡流管机能的影响．图5、图6分别为不同喷嘴导流道数的涡流管制冷、制热温度效应随冷流率的变化曲线．从图中可知，在其他前提相同的情况下，4流道喷嘴涡流管具有最佳的制冷和制热温度效应，略高于3流道喷嘴涡流管的制冷温度效应；且当喷嘴导流道数大于4时，导流道数越多，其涡流管的制冷、制热温度效应越差． 由于跟着喷嘴流道数的增加，因为人口流的相互作用，气流在热端管中的紊流强度加大，冷热流体相互搀混导致能量分离效果下降；而喷嘴导流道数太少，则气流在喷嘴中形成的旋流不强，使得涡流管的能量分离效果下降．
4、高压气体在喷嘴中膨胀，在进入涡流室时速度已接近音速，对某些缩放型的喷嘴，速度将超过音速。因为气体在喷嘴中迅速膨胀，故可近似以为是一绝热过程。因为气体在喷嘴出口处的流速非常大，其相应的热力学温度将大大低于喷嘴进口处温度，式中T为滞止温度，因为喷嘴进口前的气流速度较低，故可近似以为是喷嘴进口前的热力学温度；T为喷嘴出口处的热力学温度；V。为喷嘴出口的流速；c为气体的比定压热容． 因而进入涡流室的气流速度越大，喷嘴出口处气体的热力学温度也越低．这个温度对于涡流管非常重要，由于喷嘴出口距寒气流的出口-冷孔板很近，它直接影响到冷端出口截面的均匀热力学温度，从而影响涡流管的能量分离效应，所以喷嘴是涡流管的核心部件，它设计的好坏直接决定了涡流管能量分离效果的好坏．根据连续性方程可知，在气流的状态参数给定后，气流的畅通流畅能力即流量的大小是由喷嘴的最小截面面积决定的．
一般来说，在设计中因为涡流管入口即喷嘴入口的气流状态参数、涡流管冷端出口的气体压力和处理气量都是已知的，所以喷嘴的最小截面面积是待求量，并且是由通过喷嘴的流量决定的。涡流管具有结构简朴、操纵利便、运行安全可靠、造价低廉等一系列长处，又具有制冷、制热、抽真空、气液分离等多方面的功能，因此在科学研究和出产实践中具有广阔的应用远景．但目前涡流管的制冷效率比较低，制约了涡流管的推广应用．作者曾通过实验研究，得到了涡流管人口温度、进口压力对涡流管能量分离机能的影响规律，在此基础上研制了涡流管喷嘴，对具有不同喷嘴型线的横截面和喷嘴导流道数的涡流管的机能分别进行了实验，并对喷嘴的影响进行了分析．
通过喷嘴的实际流量为，式中m为理论质量流量，a为修正系数．a与流道截面的速度分布不平均性有关，称为速度分布不平均系数．p是考虑到涡流管工况特性即冷流分量大小，称为工况特性系数．
定义涡流管的膨胀比,式中P 为气体在喷嘴进口前的压力，P 为涡流管冷端出口后压力．喷嘴出口截面处的不完善膨胀度,计算喷嘴截面积与从喷嘴喷出的气流是否达到临界状态有关，当喷嘴出口吻流的马赫数接近1时，实现高效能量分离求出喷嘴最小截面积之后，可确定喷嘴的型式和数目． 为产生涡流，喷嘴的入口型式可采用螺旋式、切向式和切向槽形进气式，喷嘴截面有矩形、圆形和圆锥形等，喷嘴个数可以是一个或多个，最多可达几十个．涡流室的截面大多采用圆形，圆形截面的特点是加工简朴．Takahama E 、Parulekar和Metenin_6 在他们的研究中发现切向进气式，喷嘴截面为矩形的涡流管制冷温度效应最佳，所以在本实验中，喷嘴的入口型式采用切向式，喷嘴截面采用矩形、阿基米德螺线形和自行设计的型线，喷嘴个数从3个一直到8个．
它是一种结构非常简朴的能量分离装置，由一根两端启齿的管子以及喷嘴、孔板和调节阀构成，工作时高压气体由进气管进入喷嘴，经喷嘴内膨胀加速后，以很高的速度沿切线方向进入涡流室，气流在涡流室内形成高速涡旋，因为热阀与冷端孔板之间的压力差，在涡流管内的中央区域形成回流气体，经由涡流变换后分离成总温不相等的两部门气流． 其中，处于中央部位的回流气流温度较低，由冷端孔板流出，形成寒气流，而处于外层部位的气流温度较高，从热端经热阀流出，形成热气流，这现象即被称为涡流管的温度分离效应，又称为“涡流效应” 或“兰克效应”． 位于热真个调节阀，可用于调节两真个流率，从而改变冷、热两端出口气流的温度． |
