[实用新型]一种双开口变截面气体波制冷机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种双开口变截面气体波制冷机，属于气体膨胀制冷与深冷低温技术领域。

背景技术

气波制冷技术是二十世纪八十年代兴起的制冷工艺技术，该技术发展至今，逐渐形成了以压力振荡管为核心部件的各种气波制冷设备，其中早期的旋转式气波制冷机是广泛应用在工业生产中的典型代表。旋转式气波制冷机采用的压力振荡管是一端封闭型的，其制冷机理是高压气体经旋转的进气喷嘴周期性地射入压力振荡管内，形成入射激波向前运动，入射激波将高压气体的能量传递给管内原有气体，使其温度升高，即高压气体的压力能转化成了热能，这部分热能通过较长的管壁进行耗散，与此同时输出能量后的高压气体将在压力振荡管入口端膨胀至低温低压状态，从而实现制冷过程。

但是，这种旋转式气波制冷机仅仅依靠较长的管壁进行热能的耗散，由于其耗散能力有限，使得入射激波运动到封闭端时强度依然很大，进而发生固壁反射，形成反射激波，压缩压力振荡管开口处已制冷的气体，使其压力及温度升高，降低了制冷机的制冷效率。

因此，研究人员大多针对削弱反射激波对制冷效率的影响进行研究，以达到提高气波制冷机制冷效率的目的。如邹久朋等人在压力振荡管的封闭端加入蓄冷填料，这种方法是利用阻尼介质与入射激波之间的摩擦来消耗能量，削弱反射激波的强度；方曜奇等人通过在压力振荡管封闭端加入激波吸收腔，利用入射激波在凸扩截面发生膨胀，产生膨胀波返回管内，从而削弱了反射激波的强度；于伟等人通过在压力振荡管的封闭端加入多级孔板，利用入射激波在多级孔板内形成漩涡，实现能量耗散，削弱了反射激波的强度；刘培启等人通过在压力振荡管封闭端加入对冲阻尼结构，利用阻尼腔通过容易返回难的特点，实现入射激波在阻尼腔内来回反射多次耗散，削弱了反射激波的强度；胡大鹏等人将一端封闭压力振荡管的封闭端移除，增加了排气喷嘴，提出了通道均直的两端开口压力振荡管结构，使得入射激波直接经排气喷嘴排出管外，隔断了入射激波在封闭端进行固壁反射的反射路线，削弱了反射激波的强度。

以上研究内容都具有一定的特点，促进了气波制冷技术的发展，其中通道均直的两端开口压力振荡管由于装置体积小、热能便于回收利用、带液能力强，目前已成为气波制冷技术主要研究方向。

通道均直的两端开口压力振荡管制冷过程中，压力振荡管与排气喷嘴的接通过程是渐开渐闭过程。研究发现，当入射激波到达压力振荡管右侧端口时，若压力振荡管未与排气喷嘴完全接通，管内仍产生反射激波；若压力振荡管已与排气喷嘴完全接通，由于排气喷嘴处的压力高于压力振荡管内入射激波作用前的气体压力，排气喷嘴内气体会压缩管内气体，产生反向压缩波。可以看出，通道均直的两端开口压力振荡管在右侧端口处仍存在反射激波或反向压缩波现象，仍影响设备的制冷效率。如何削弱通道均直的两端开口压力振荡管内反射激波或反向压缩波对制冷效率的影响是目前气波制冷技术研究的关键问题。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种能够有效削弱反射激波和反向压缩波，提高制冷效率的双开口变截面气体波制冷机。它的核心部件是由与主轴合为一体的变截面两端开口压力振荡管环向均布而成的转毂，工作时，高压气体经进气喷嘴周期性地射入压力振荡管的左侧端口，将能量通过入射激波传递给管内原有气体后，温度降低；接受能量后的管内原有气体在压力振荡管与排气喷嘴接通时排出压力振荡管，在外部进行集中换热后经气体回流腔回到压力振荡管内，推动管内已制冷的气体排出压力振荡管；排出压力振荡管的冷气经低温排气腔及低温排气管排出机体，完成整个制冷过程。

本实用新型采用的技术方案是：一种双开口变截面气体波制冷机，它包括外壳、转毂、以及主轴和电机，它还包括进气喷嘴、排气喷嘴、气体回流腔和低温排气腔，所述外壳内设有一个转毂，转毂与电机驱动的主轴固定连接，外壳的左端与左端盖连接形成一个低温排气腔，外壳的右端与右端盖连接形成一个气体回流腔，所述转毂的周向设有30-280个均布的变截面压力振荡制冷管，每个变截面压力振荡制冷管中设有1-10级压力振荡管截面突变段与压力振荡管截面扩张段，设置在左端盖上的进气喷嘴及右端盖上的排气喷嘴与变截面压力振荡制冷管的径向位置相配合，所述排气喷嘴的出口通过管道经排气阀、换热器与气体回流腔连接。

所述压力振荡管截面突变段的变截面形状包括突扩型和渐扩型，其中渐扩型又包含直线渐扩和曲线渐扩。

所述压力振荡管截面扩张段的长度占管总长的1/50-1/2；截面扩张段的截面积与非扩张段截面积之比在1.1-8之间。