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涡流管的起源

本站 2017-08-15

涡流管的历史可追溯到1930年,一位法国的冶金工程师G.J.Ranque在制作一种从矿物中分离瓦斯的旋风分离器时,发现了一种奇妙的现象:旋风分离器中心的瓦斯温度与外层的瓦斯温度存在着差异,中心气流温度低,而外层气流温度高。这就是著名的涡流管总温分离效应,又称能量分离效应。

1931年,Rangue发表了涡流管总温分离效应的首篇论文,并在法国成功注册了涡流管的第一个专利。1932年,他又在美国申请了专利并于1934年得到批准。1933年,Ranque在法国物理学会上作乐关于涡流管装置机器涡旋温度分离效应的实验报告,报告再现了其专利中采用的两种涡流管结构:顺流型涡流管及逆流型涡流管,还展示了单个及多个切向入口的喷嘴及螺旋型喷嘴。报告同时指出:入口温度为20℃的压缩空气进入涡流管后,冷端气流出口温度约为-10℃~-20℃,而热端气流出口温度可达100℃。然而由于他在这一现象进行解释时,混淆了流体总温与静温的概念,导致当时许多学者对他的学术成果持否定态度。就这样,这项重大的发现就被默默搁置了10年之久。

直到1945年,一队美国科学家到德国Erlangen大学访问,并重新发现了涡流管。该大学的物理学家Hilsch进行了大量的工作和系统的研究,与1947年发表了一片开创涡流管研究新局面的文章。在他的论文中,运用大量详尽资料证实了涡流管总温分离现象的存在,并就涡流管性能参数定义、装置设计、应用等问题提出一系列研究成果及建设性建议。比如他提出了涡流管各结构参数存在最佳比例关系:最发温降随压力增加而增加;压比一定时,热端管直径大的涡流管效果较好;冷孔板孔径应尽量结晶喷嘴,约为0.45~1.60倍的热端管直径,以获得最大温降和最大制冷量。以上都是后来广为沿用的经验守则。Hilsch还指出涡流管的效率很低,预言其应用将受到限制。Hilsch的研究,使人们重新认识到涡流管的使用价值。为几年Ranque和Hilsch这两位科学先驱,涡流管又被后人称为Ranque-Hilsch管,涡流管总温效应又被称为Ranque-Hilsch效应。

我国的涡流管研究起步很晚,80年后才有西安交通大学,大连理工大学,北京工业大学,哈尔滨工程大学等单位和科研机构进行了一系列实验研究和饮用研究,关于涡流管总温分离效应原理的研究却鲜有突出成果,而国内没有专业的涡流管生产厂家,工业用涡流管依靠进口,涡流管技术总体水平低于西方发达国家。

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