低温旋转阀脉冲管制冷机实验研究

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1、低温旋转阀脉冲管制冷机实验研究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

2、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

3、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岀现液化现象，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冋压缩机。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，区別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

4、脉冲管的气体压力和温度分別为t气和乃，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，乃等炳膨胀至尸2所达到的温度，可从氨气的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氨液化器上的凸轮驱动拉杆式进排气阀。脉冲管内径19,长400,英热端设水冷却器。利用

5、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，我们乂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氨气压缩机，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，冃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

6、式换热器的高低压流体进出口温度进行了测最，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

7、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，最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最佳值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。小孔度制冷量W5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

8、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