[发明专利]外激励与集中耗散静止式气波制冷机

说明书

技术领域

本发明外激励与集中耗散静止式气波制冷机属于射流振荡和膨胀制冷技术领域，涉及外激励与集中耗散静止式气波制冷机。

背景技术

随着社会生产力的提高与可持续发展，对于简单、高效、免维护的流体设备的需求也越来越多，因而出现了许多新型流体机械与设备。其中，静止式气波制冷机使带压气体通过非定常膨胀制冷，具有结构简单、无磨损、免维护、耐高压等特点，因而在余压压力能利用等领域，能产生很大的经济效益和社会效益。如中国专利ZL200410021388.X和ZL200810011575.8等，已用于油田气净化处理等工艺中。

然而，目前静止式气波制冷机还存在许多不足，主要有两方面的问题：一方面，由于都是采用射流自身分流进行自激励来产生摆动的附壁振荡，以此分配射流依次进入数根呈扇平面排布的各个接受管中进行制冷。但如此具有三个缺陷：第一，自激励的强度小，特别是在初始启动振荡时段，导致不易附壁切换振荡，特别是对于压力密度和粘度大的气体更是如此；第二，射流的振荡频率基本只由激励流道的几何参数和波速而定，因此，很难在线进行调节，导致射流频率与其后相接的接受管管长及动力载荷难以匹配，使制冷效率显著降低；第三，也是最主要的问题，就是射流的能量损失大，这是由于要达到触发并维持附壁切换振荡的激励强度，就得在主射流流道的边界壁面，开设面积足够大的激励开口，这样流道内开放旁通的边界条件，会产生大的分流扰动，严重破坏主射流原来的有序流动，产生强烈的紊流旋涡，导致工作射流的动能大量消耗。由于上述原因，目前静止式气波制冷机的效率不足40％，其中因自激振荡导致的损失占了很大的比例。

而另一方面，为了耗散掉工作射流向接受管内滞留气体传递能量所转化成的热能，必须使用长长的接受管以利散热，但由于机理所制，其接受管近端的热负荷远大于管的远端，致使管内近端的制冷气，被管壁再次加热而降低制冷效率；而远端管材的功能利用率却很低，造成了浪费。而更为严重的是，对长接受管的固定不仅麻烦，而且在脉冲气流的冲击下，极易产生强烈的振动，导致开裂断管，严重影响设备的可靠性与安全性。

发明内容

本发明提供一种避免主射流分流、而是由外部引入几小股经过调制的微射流进行激励，而使主射流产生附壁振荡；和大幅缩短接受管，转而利用公共散热单元集中耗散射流的压缩能量，这样具有两种新型机制的高效、稳定可靠的射流膨胀制冷装置---外激励与集中耗散静止式气波制冷机。

本发明所采取的创新技术解决方案为：

本发明外激励与集中耗散静止式气波制冷机，与现有技术相比，具有两项根本性的变革。第一个变革，是摒弃依靠主射流自身能量来激励振荡的各种自激励的模式，而是采取主动控制方式，将外部微量带压流体，先经过调制形成两股相位相反(一股流动时另一股停止)，动、停周期和压力幅度对称的脉冲式微激励流，将其用细管路导入制冷机中，从主射流的两个侧壁面处所开设的左、右激励开口流出，轮流地垂直推动主射流，使其不断地偏转，产生与外脉冲微激励流频率一致的附壁振荡。

为提高激励效果，进一步降低主射流的能量损失，本发明还同时采用了在主射流喷嘴的左、右两侧，平行贴加脉冲流第二喷嘴的方法，将上述的两股微激励流，各分流出一部分，分别从这左、右两个第二喷嘴轮流喷出，与主射流汇合，这相当于主射流在宽度维度，不断地做横向平移，与两侧壁面的距离也周期性地改变。在左侧的垂直激励流推动主射流向右偏转的同时，平行于主射流喷嘴的右侧第二喷嘴也射出气流，与主射流汇合向右侧加宽，增强了射流对右侧的抽吸能力，致使主射流右侧的压力更加降低，配合左侧垂直微射流的推动，使主射流更容易向右侧偏转附壁。而在下一个时段，反方向的相同过程发生。延续下来，主射流便会不断地摆动附壁，形成振荡。

由于外激励流的压力幅度比射流自激励的要大，故所需的激励流量微小，故主射流流道侧壁所须的激励开口尺寸，比之自激励振荡所须，可以大幅度地缩小，故其开口对主射流流动的干扰也很小，主射流的动能损失必将大幅度地减小。而贴加的第二喷嘴喷出的平行激励流，与主射流同方向且速度差很小，可视为主射流的增加部分，只起利于偏转的有益作用，而不会产生附加的损失。

第二个变革，是摒弃了长长的接受管，转而采用少许延长机体上原有的振荡分叉流道，只略长于射流进入深度所需，并在各个流道的末端，统一连接一个公共的散热消波单元，集中耗散射流的压缩能量和消除反射激波，能充分、高效地耗散射流的能量，进一步提高气波机的制冷效率。