氣波管射流模態(tài)與結(jié)構(gòu)對(duì)制冷效率的制約研究.pdf

1、本文基于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51276026)課題，針對(duì)目前氣波制冷機(jī)的若干制冷機(jī)制缺陷和未決問(wèn)題，重點(diǎn)研究了靜止式氣波制冷機(jī)入口射流模態(tài)對(duì)制冷效率的制約，又同時(shí)研究了創(chuàng)新結(jié)構(gòu)氣波管的制冷性能。研究手段包括理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，三者互相補(bǔ)充和驗(yàn)證。本文的研究將為國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目充實(shí)成果，也為自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的申報(bào)提供可靠依據(jù)。主要研究工作及結(jié)論如下:
　　(1)構(gòu)建氣波管計(jì)算模型，采用兩方程的Realizable k-ε

2、湍流模型，有限體積法離散，對(duì)非理想射流模態(tài)和理想小占空比時(shí)均射流模態(tài)的制冷效率進(jìn)行量化對(duì)比，揭示出擺動(dòng)振蕩射流的不均勻性是限定效率提高的瓶頸。
　　通過(guò)CFD數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證研究，證實(shí)了小占空比、時(shí)均的射流分配是提高靜止式氣波制冷機(jī)制冷效率的有效措施，僅是對(duì)四管的時(shí)均射流分配就要比兩管型和多管型射流分配提高制冷效率相對(duì)40％，增加到八管，可達(dá)70％，實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全證實(shí)了氣波管制冷效率隨占空比減小而增加的變化規(guī)律。故此也促進(jìn)了新型外

3、激勵(lì)射流多級(jí)時(shí)均振蕩方法的提出。
　　(2)分析氣波管內(nèi)波系運(yùn)動(dòng)規(guī)律，針對(duì)現(xiàn)有氣波管消除反射激波的不足，對(duì)提出的耗散結(jié)構(gòu)氣波管進(jìn)行了深入研究，結(jié)果表明將氣波管的末端消波腔前移到氣波管的中段，消除反射激波效果更加顯著。模擬結(jié)果可將末端腔式氣波管的第二峰值效率提高相對(duì)10％，提高低谷效率相對(duì)15％以上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果第二極值射流頻率及更大頻率對(duì)應(yīng)的效率增幅相對(duì)約3％，波谷增幅近7％，實(shí)驗(yàn)效率隨頻率變化的趨勢(shì)與數(shù)值計(jì)算結(jié)果完全一致。
　

4、　在此基礎(chǔ)上，又對(duì)中段腔加末端消波腔式氣波管進(jìn)行數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，表明反射激波近乎被消除，增強(qiáng)了管后段能量的耗散能力。模擬結(jié)果:第二峰值效率增幅保持，第一峰值效率相對(duì)增幅8％以上，低谷效率增幅10％左右，實(shí)驗(yàn)結(jié)果:第二峰值效率增幅保持不變，第一峰值效率增幅相對(duì)3％，谷點(diǎn)效率提高更為顯著。且模擬和實(shí)驗(yàn)均表明效率波動(dòng)程度明顯減小，故其效率與頻率之間的變化曲線(xiàn)更加平坦。
　　(3)對(duì)靜止式氣波制冷機(jī)不同冷氣出口型式及寬度進(jìn)行分析和匹配