由于它具有结构简单,可靠性好,振动小等特点,所以正得到越来越广泛的应用。
作为种回热式制冷机,脉冲管制冷机迄今为止只是在微型制冷机领域里得到研究和应用,其制冷功率都比较小。然而从理论上讲,脉冲管制冷原理并不仪仅局限于微型制冷,而是完全可以用于需要较大制冷功率的场合,如天然气液化系统。本文对种新型的脉冲管制冷原理流程进行了分析,并通过实验验证了这方案的可行性。
2实验原理虽然脉冲管制冷机从原理上是可以用于气体液化场合的,但现有的回热式脉冲管制冷机1并不能胜任这要求。其主要原因在于1回热式脉冲管制冷机不适于在工质的两相区工作。回热器中出现液体,会大大增加流动阻力进出流体同通道,也不利于汽液分离。2气体液化场合所使用的大型回热器中空容积较大,空容积中气体需要被交替地升压和降压,消耗很大部分带压气体,大大降低脉冲管内的压比,降低了制冷机的制冷量和制冷效率。3随着温度的降低,回热器填料的比热下降,回热器的效率也相应降低。而使用间壁式换热器则避免了这些不利因素。
脉冲管制冷原理的深入研究,我们提出了种新的脉冲管制冷原理流程312,用间壁式换热器取代回热器,并将切换阀置于换热器与脉冲管冷端之间,从而使高低压流体通过切换阀交替进出脉冲管。从脉冲管返回的低压流体如果出现液化现象,则先经汽液分离器,液体部分被取走,气体部分经热交换器后返回压缩机。这种流程既排除了回热器空体积和填料比热的影响,又能带液工作,方便地将汽液分离。
该流程中,低温切换阀和脉冲管可以看作个整体,即脉管膨胀机3.这样,我们的系统便类似个1如181液化系统,区别在于前者利用气体膨胀制冷,后者是气体节流制冷。在理想情况,相同条件下气体绝热膨胀的温降要比节流膨胀的温降大得多4,这从理论上证明了我们这方案的可行性和优越性。
3实验装置假设已经实验测得进入脉冲管的气体压力和温度分别为忾和乃,经膨胀流出脉冲管的气体的压力和温度分别为巧和乃,则该过程的绝热膨胀效率可示为其中乃是气体从状态巧,乃等熵膨胀至尸2所达到的温度,可从氦气的1中查得。
根据上述脉冲管制冷原理流程,我们建立了套无间壁式换热器的简易实验装置,主要用来测量室温进气下脉管膨胀机的绝热膨胀效率。用台22阶的膜式压缩机提供压缩气体,压缩机气压力为1在压缩机进排气口均布置较大的缓冲容积,工质采用纯空气。低温切换阀采用活塞式氦液化器上的凸轮驱动拉杆式进排气阀。脉冲管内径19,长400,其热端设水冷却器。利用该实验设备我们在系列不同的条件下测量了脉冲管绝热膨胀效率,并研究了出比频率小孔开度和脉冲管直径等参数对该效率的影响。
为了进行更深入的研究,我们又建立了套低温旋转阀式脉冲管制冷机的实验装置。
压缩机采用G制冷机中常用的有阀氦气压缩机,驱动功率为3.6kW.间式换热器长内外管内径分别为0和壁厚均为。21换热器内交替填带孔紫铜片和不锈钢丝网,其结构是简易化的孔板换热器。旋转阀通过传动轴由直流电机驱动,且通过示波器和微机可以观察和采集其波形。脉冲管内径为科8长260.利用该实验装置,我们对脉冲管沿管壁的温度分布以及间喂式换热器的高低压流体进出口温度进行了测,研究了压比频率小孔开度和脉冲管直径等参数对温度的影响,并对系统的制冷功率进行了测量。
对于多孔板逆流换热器,高压流体在内管的多孔片间流动,低压流体则在外管的环形多孔片间流动,相当于内外都带肋片的管套管热交换器。它的计算可采用有关文献问推荐的传热准则关系式在我们的系统中,换热器的冷热通道为同股气流,因此这种对称流换热器间的效率为5为它的出口端温度,为热气流进口处温度。
压比效率与压比的关系频率Hz效率与频率的关系端温度。由可见,由于这种脉冲管制冷机的制冷机理主要是气体膨胀制冷和热端功耗散,所以小孔的作用占了很大比重。并且频率越高,低温度相对应的小孔开度就越大。
这是因为频率越高,通过小孔的气体流量就越小,需要将小孔开大以达到佳值6是压比为3频率为4HZ时,不同小孔开度下制冷ii与温度的关系。
小孔度圈制冷量W 5结论本文验证了种新的脉冲管制冷流程,即带低温旋转阀的脉冲管制冷机。该流程的提出和研究为脉冲管走出微型制冷的局限,走向市场化迈出了探索性的步。
3梁惊涛等。大功率低温切换阀式脉冲管制冷机。见第届全国低温制冷机学术交流会,北京,1996张祉佑,石秉。低温技术原理与装置。北京机械工业出版社,1987沈裕浩,高原。多层孔板换热器研究。低温工程,1984395沈裕浩等。多层孔板换热器研究。低温工程,1981495