中部阻波腔隔离式气波管制造技术

本发明专利技术提供了一种中部阻波腔隔离式气波管，属于气体膨胀制冷和不定常流动气体波传输交换能量技术领域。在每一根气波管的中段设置有限容积的阻波腔。其两端分别与气波管前段和气波管后段连接并贯通，内部形成一条先扩张再收缩的流道。同时，让气波管前段的内通流截面积小于后段管通流截面积。如此使管内的反射激波在阻波腔中得到缓冲并耗散能量，剩余部分回到气波管后段强化耗散，从而更少地回到气波管口，减少对已致冷气的直接加热；和降低气波管前段管壁温度，减少对管内已致冷气的传热。新原理结构的气波管可提高制冷效率平均5％以上，且提升射流频率与管长不匹配时的波谷效率值，降低设计匹配的难度，改善气波制冷的变工况性能。

【技术实现步骤摘要】
中部阻波腔隔离式气波管
本专利技术中部阻波腔隔离式气波管，气波管也称接受管、振荡管或耗散管，主要用于气波制冷机，属于气体膨胀制冷和不定常流动气体波传输交换能量

技术介绍
气波制冷机是在热分离机基础上改进创新出来的、具有独特优点的气体膨胀制冷机械，分为旋转式和静止式两种。气波制冷机与热分离机的显著区别是，前者在其每一根气波管(又称为接受管、振荡管及耗散管)的末尾端，都续接了一个有限容积的空腔，称为激波吸收腔(见中国专利ZL89213744.4)。从气波管入口注入脉冲射流，压缩管内滞留气产生运动激波耗散能量并衰减。衰减的运动激波撞到气波管末端封闭界面后，将原路返回，加热气波管前段和管口处已经膨胀做功致冷的脉冲射流气，和升高管入口压力而减小射流实际膨胀比，使制冷效率降低。前述激波吸收腔的作用，就是吸收和阻止反射激波的返回，并在激波吸收腔内耗散消失。由此，激波吸收腔能够提高气波管的制冷效率。然而，分析和实测都表明，管末端有限容积的激波吸收腔，虽能使激波发散反射和耗散，但因其腔壁散热有限，消减激波强度作用也有限，激波能量并未得到充分衰减，在腔内多次反射后会返回气波管并回传，上述不利影响依旧存在。若在下一次脉冲射流注入气波管口之时，反射激波恰好返回到达管口附近，将继续向气源上游传播而较少影响已致冷气，可出现制冷效率的高峰值。否则，就会严重加热管口和流出管外的已制冷气体，出现效率波谷，峰、谷的效率差值可高达20～30％。气波制冷机效率随射流频率变化的特性，一方面使设计匹配的难度增加；另一方面，也导致其变工况性能变差，因为气体物性、流量负荷、压力和温度参数的变化，都会导致激波传输速度的改变，而提前或拖后于射流注入之时到达管口。即使在匹配的效率高点，反射激波也会升高管口处压力，使当时射流的实际膨胀比降低，焓降减小，制约制冷效率的提高。消除反射激波的根本之举，是充分耗散掉激波的能量。中国专利CN200910107475.X所述接受管外部包围壳体形成冷却腔，以加速吸收管内激波的能量，使反射激波强度降低。但其增加了气波机的结构复杂性和使用操作条件。而且反射激波仍能畅通无阻地返回气波管入口，没有受到阻缓。
技术实现思路
本专利技术提供一种中部阻波腔隔离式气波管，也称为中部阻波腔隔离式接受管、振荡管或耗散管，是一种全新的气波管结构。它根据激波反射和相交传输理论，通过管内激波运行规律的流体力学计算模拟和实测，采取阻隔反射激波到达管口、而不影响射流膨胀做功的正确措施与方法，将反射激波在气波管回程中进行拦截、阻隔与再反射，使其在气波管的后段多次往返耗散能量，加强了原来耗散负荷较轻的气波管后段的能量耗散，使反射激波尽可能少地前传到气波管的入口处，避免加热已致冷气。本专利技术的技术方案：中部阻波腔隔离式气波管、接受管、振荡管或耗散管，包括气波管入口1、气波管前段2、中部阻波腔3、气波管后段4、末端吸波腔5和气波管支撑6；气波管前段2续接中部阻波腔3的一端开口，中部阻波腔3的另一端开口续接气波管后段4的前端，在内部形成一条先扩张再收缩的流道，气波管后段4的尾端连接末端吸波腔5的唯一开口；所述的中部阻波腔3为在中部阻波腔隔离式气波管中段设置的有限容积的容器罐；或在中部阻波腔3内通过隔板分隔成若干个中心串通的腔室，增大对反射激波的阻尼效果；气波管前段2的内径或通流截面积小于气波管后段4的内径或通流截面积，使反射激波不容易进入气波管前段2，气波管前段2前端管口尺寸与脉冲射流的通流面积即射流喷嘴的出口尺寸相匹配。所述的中部阻波腔3或末端吸波腔5内的空间由中部开孔的横向隔板隔成10个以内沿着轴向串连排列连通的空间。所述的气波管前段2的内通流截面积，根据其气体流量，尺寸为2～10000平方毫米。所述的气波管后段4的内通流截面积，根据其工作条件的不同进行匹配，通流截面积为气波管前段2通流截面积的1～15倍。所述的中部阻波腔3内通流截面积，根据其工作条件的不同进行匹配，通流截面积为气波管前段2通流截面积的1.1～300倍，中部阻波腔3的长度为该中部阻波腔3投影宽度或内径的0.2～10倍。所述的末端吸波腔5的空心横截面积，根据其工作条件的不同进行匹配，空心横截面积为气波管后段4通流截面积的1.1～300倍，末端吸波腔5的长度为该末端吸波腔5投影宽度或内径的0.2～10倍。所述的气波管前段2、中部阻波腔3、气波管后段4和末端吸波腔5的通流流道为圆管、椭圆管、方管或矩形管的管内流道，或在实体件表面加工出沟槽和容积腔，再被其他实体件表面盖严密封而形成的内嵌式槽道或腔道。本专利技术的有益效果是：1.根据激波反射和相交原理，反射激波将在阻波腔中得到缓冲并耗散一定的能量，剩余部分将反射回到气波管后段，只有少部分能抵达气波管口，从而降低了对已致冷气的不利影响。2.残余反射激波可在阻波腔和管末端的吸波腔之间多次反射传输，途中可遇下一次(或下N次)射流形成的一次激波和反射激波，产生多次逆向相交的情况。在相交时，激波强度叠加，更利于传热耗散能量，即阻波腔可使能量耗散负荷大量后移，降低气波管前段的管壁温度，减少对管内已制冷气的传热。3.气波管后段的通流截面积大于前段，可使前段管口尺寸与射流喷嘴更加容易完全匹配，且能解决原后续管截面积跟随管口，导致气波管壁面积小而耗散能量不足的矛盾。更主要的是，气波管前段末端内截面积的减小，更利于阻隔反射激波从阻波腔进入气波管前段。4.以上效果均提高了气波管的制冷效率，平均可提高5％以上。而更为有益的是，它能明显提升射流频率与管长不匹配(在射流时反射激波已先期到达或未到达气波管口)时的波谷效率值，一方面降低了设计匹配的难度，另一方面能显著改善气波制冷的变工况适应性能。附图说明附图为本专利技术中部阻波腔隔离式气波管的结构简图。图中：1气波管入口；2气波管前段；3中部阻波腔；4气波管后段；5末端吸波腔；6气波管支撑；7脉冲射流。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步的说明。本专利技术中部阻波腔隔离式气波管的一种典型的实施方式描述如下，但不只局限于此种实施方式：本专利技术中部阻波腔隔离式气波管，或称中部阻波腔隔离式接受管、振荡管或耗散管，包括气波管入口1，气波管前段2，中部阻波腔3，气波管后段4，末端吸波腔5，以及气波管支撑6等部分；气波管前段2续接中部阻波腔3的一端开口，中部阻波腔3的另一端开口续接气波管后段4，气波管后段4的尾端连接末端吸波腔5的唯一开口。本专利技术中部阻波腔隔离式气波管的各部分，包括气波管前段2，中部阻波腔3，气波管后段4，末端吸波腔5，其各个中空的通流流道，一般是普通的圆管、椭圆管、方管和矩形管的管内流道，或者是在某实体件表面加工出沟槽和容积腔，再被其他实体件表面盖严密封而形成的内嵌式槽道和空腔道。本专利技术中部阻波腔隔离式气波管，其中部阻波腔3内的空间，为整空间或由数片中部开孔的横向隔板隔成10个以内沿着轴向串连排列连通的空间。中部阻波腔隔离式气波管，其末端吸波腔5内的空间，为整空间或由数片中部开孔的横向隔板隔成10个以内沿着轴向串连排列连通的空间。中部阻波腔隔离式气波管，其气波管前段2的内通流截面积，根据其气体流量的大小，尺寸范围为2～10000平方毫米。中部阻波腔隔离式气波管，其气波管后段4的内通流截面积，根据其工作条件的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中部阻波腔隔离式气波管，其特征在于，该中部阻波腔隔离式气波管包括气波管入口(1)、气波管前段(2)、中部阻波腔(3)、气波管后段(4)、末端吸波腔(5)和气波管支撑(6)；气波管前段(2)续接中部阻波腔(3)的一端开口，中部阻波腔(3)的另一端开口续接气波管后段(4)的前端，在内部形成一条先扩张再收缩的流道，气波管后段(4)的尾端连接末端吸波腔(5)的唯一开口；所述的中部阻波腔(3)为在中部阻波腔隔离式气波管中段设置的有限容积的容器罐；或在中部阻波腔(3)内通过隔板分隔成若干个中心串通的腔室，增大对反射激波的阻尼效果；气波管前段(2)的内径或通流截面积小于气波管后段(4)的内径或通流截面积，使反射激波不容易进入气波管前段(2)，气波管前段(2)前端管口尺寸与脉冲射流的通流面积即射流喷嘴的出口尺寸相匹配。

【技术特征摘要】
1.一种中部阻波腔隔离式气波管，其特征在于，该中部阻波腔隔离式气波管包括气波管入口(1)、气波管前段(2)、中部阻波腔(3)、气波管后段(4)、末端吸波腔(5)和气波管支撑(6)；气波管前段(2)续接中部阻波腔(3)的一端开口，中部阻波腔(3)的另一端开口续接气波管后段(4)的前端，在内部形成一条先扩张再收缩的流道，气波管后段(4)的尾端连接末端吸波腔(5)的唯一开口；所述的中部阻波腔(3)为在中部阻波腔隔离式气波管中段设置的有限容积的容器罐；或在中部阻波腔(3)内通过隔板分隔成若干个中心串通的腔室，增大对反射激波的阻尼效果；气波管前段(2)的内径或通流截面积小于气波管后段(4)的内径或通流截面积，使反射激波不容易进入气波管前段(2)，气波管前段(2)前端管口尺寸与脉冲射流的通流面积即射流喷嘴的出口尺寸相匹配；所述的气波管前段(2)的内通流截面积，根据其气体流量，尺寸为2～10000平方毫米；所述的末端吸波腔(5)的空心横截面积，根据其工作条件的不同进行匹配，空心横截面积为气波管后段(4)通流截面积的1.1～300倍，末端吸波腔(5)的长度为该末端吸波腔(5)投影宽度或内径的0.2～10倍。2.根据权利要求1所述的中部阻波腔隔离式气波管，其特征在于，所述的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹久朋，代玉强，刘学武，胡大鹏，刘培启，朱彻，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21