渦流管制冷又稱氣體渦旋制冷,是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)并分離成冷、熱兩部分,其中冷氣流用來制冷。
渦流管制冷裝置的結(jié)構(gòu)如圖2-7所示,它由噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥組成。渦流室將管子分為冷端、熱端兩部分??装逶跍u流室與冷端管子之間,熱端管子出口處裝控制閥。管外為大氣。噴嘴沿渦流室切向布置。
經(jīng)過壓縮并冷卻到常溫的氣體(通常是空氣,也可以是CO?、N?等其他氣體)進(jìn)入噴嘴,在噴嘴中膨脹并加速到音速,從切線方向射入渦流室,形成自由渦流。自由渦流的旋轉(zhuǎn)角速度離中心越近就越大。由于角速度不同,在環(huán)形氣流的層與層之間產(chǎn)生摩擦,中心層部分的氣流角速度逐漸降低:外層氣流的角速度逐漸升高,因此存在著由中心向外層的動(dòng)量流。內(nèi)層氣體失去能量,從孔板流出時(shí)具有較低的溫度:外層氣體吸收能量,動(dòng)能增加,又因?yàn)榕c管壁摩擦,將部分動(dòng)能變成熱能,使得從控制閥流出的氣體就有較高的溫度。由此可見,渦流管可以同時(shí)獲得冷、熱兩種效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明,當(dāng)高壓氣體為常溫時(shí),冷氣流的溫度可達(dá)-15~-10℃,熱端溫度可達(dá)100~130℃。