[发明专利]中部阻波腔隔离式气波管

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案：

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；