CN116294268A - 一种双螺旋结构涡流管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双螺旋结构涡流管，属于流体冷却技术领域。本发明包括主管，所述主管的一端为冷端，另一端为热端，冷端与热端之间为管体；在主管的冷端的外周切向地环绕设置有多个与主管的内部连通的切向进气喷嘴；冷端通过冷端分离孔板连通冷端管管道，冷端管管道远离冷端分离孔板的端部为涡流管冷端出口；在主管的热端设置有热端调节阀，所述热端调节阀与主管热端之间的间隙构成涡流管热端出口；所述涡流管冷端出口、冷端管管道、主管、热端调节阀同轴设置；在主管管体外周分布有螺旋槽，螺旋槽外接螺旋翅片。本发明能够进一步提高涡流管能量分离效果，降低冷端流体温度。

Description

一种双螺旋结构涡流管

技术领域

本发明涉及流体冷却技术领域，具体涉及一种双螺旋结构涡流管。

背景技术

涡流管是一种能量分离装置，它可以将高压气体分离成为冷热两股气流，目前已在科学研究和工业等诸多领域得到应用。

一般而言，涡流管的结构主要由喷嘴、涡流室、分离孔板、调节装置以及冷、热两端管组成。其工作原理是，工作时高压气体经进气流道进入环形储气腔中，在压差的作用经一个或多个喷嘴沿切向高速进入涡流室内，从而产生强旋流运动。在强旋流运动的作用下，涡流管中将产生能量分离现象，将高压气体分离成温度不相等的两部分气流，其中处于中心部位的气流温度较低，而处于外层部位的气流温度较高。这种中间冷、外层热的能量分离现象就是“兰克效应”或“涡流效应”。进而高温流体从涡流管的热端流出，低温流体从涡流管的冷端流出，形成分流，产生制冷效果。

但是，上述这种常见涡流管的结构，也存在着制冷效应不够明显、制冷效率较低等缺点。因此，有必要提出一种新结构，以进一步提高涡流管能量分离效果，从而能够更好地降低冷端流体温度。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种新型结构的涡流管，以求通过改进涡流管结构，提高涡流管的制冷效果。

本发明公开的技术方案为：一种双螺旋结构涡流管，包括主管，所述主管的一端为冷端，另一端为热端，冷端与热端之间为管体；在主管的冷端的外周切向地环绕设置有多个与主管的内部连通的切向进气喷嘴；冷端通过冷端分离孔板连通冷端管管道，冷端管管道远离冷端分离孔板的端部为涡流管冷端出口；在主管的热端设置有热端调节阀，所述热端调节阀与主管热端之间的间隙构成涡流管热端出口；所述涡流管冷端出口、冷端管管道、主管、热端调节阀同轴设置；在主管管体外周分布有螺旋槽，螺旋槽外接螺旋翅片。因涡流管内的流体热量可部分的通过螺旋槽传递到螺旋翅片上，故螺旋翅片增加了涡流管的散热量。

进一步而言，螺旋槽和螺旋翅片同轴且旋向相同；螺旋槽的槽底深入到螺旋翅片的翅根中；螺旋槽的最大直径大于主管的直径。

进一步而言，切向进气喷嘴的数量为2-8个，可以是6个，切向进气喷嘴的旋向与螺旋槽同向，增强了热端管内外层高温流体的旋转。

进一步而言，热端调节阀为插入主管热端内的锥形物。

本发明的有益效果如下：本发明的双螺旋结构涡流管，主管作为涡流管能量分离效应发生的主要场所，管壁处较热的流体经螺旋槽结构引导运动，使得外层流体角动量被强化，增加了内层冷流动量和热量向外层流的传递，从而提高了涡流管的能量分离效果，涡流管的制冷效应大大提升；螺旋槽结构破坏了主管管壁处的边界层，边界层厚度下降从而提升了其局部传热系数；螺旋槽和螺旋翅片的结构配合，也使得部分热量通过螺旋翅片进入外部环境。螺旋槽的槽底深入到螺旋翅片的翅根中还进一步增加了涡流管内高温流体与螺旋翅片的接触面积，高温流体经由翅片结构向外的散热量也会增加，能够进一步提高本发明涡流管冷端的制冷效果。

附图说明

图1为实施例1的双螺旋结构涡流管的外观图。

图2为实施例1的双螺旋结构涡流管的侧视图。

图3为实施例1的双螺旋结构涡流管从冷端向热端方向看的视图。

图4为实施例1的双螺旋结构涡流管从热端向冷端方向看的视图。

图5为实施例1的双螺旋结构涡流管中螺旋槽3与螺旋翅片5的配合关系图。

图6为实施例1的双螺旋结构涡流管的主管2的示意图。

图7为实施例1的螺旋翅片5的示意图。

附图标记：1为切向进气喷嘴，2为主管、3为螺旋槽、5为螺旋翅片、6为涡流管热端出口、7为热端调节阀、8为冷端分离孔板、9为冷端管管道、10为涡流管冷端出口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

本实施例为一种新型结构的涡流管，主要包括切向进气喷嘴1、主管2、螺旋槽3、螺旋翅片5、涡流管热端出口6、热端调节阀7、冷端分离孔板8、冷端管管道9、涡流管冷端出口10等部分，具体如图1~7所示。

参照图1、图2、图3，本实施例的涡流管的主体结构为主管2。主管2的一端为冷端，主要用于输入高压气体和流出低温流体。多个切向进气喷嘴1切向地环绕设置在主管2的冷端的外周并与主管2的内部连通，高压气体经由切向进气喷嘴1输入主管2。为了流出低温流体，主管2的冷端通过冷端分离孔板8连通冷端管管道9。冷端管管道9远离冷端分离孔板8的端部为涡流管冷端出口10，低温流体从此处流出。主管2的另一端为热端，主要用于流出高温流体。切向进气喷嘴1以主管2的轴线为轴心，进气旋向为从主管2的冷端向热端看呈逆时针。切向进气喷嘴1的数量可以根据实际需求设置，如2-8个，本实施例中为6个。

参照图4、图5、图6、图7，主管2的热端设置有热端调节阀7。热端调节阀7为插入热端的锥形物，其底端面与主管2的热端端面齐平，其锥顶向主管2内部突入，热端调节阀7与主管2的热端之间的间隙构成了涡流管热端出口6。热端调节阀7与涡流管冷端出口10、冷端管管道9、主管2同轴设置。

主管2的冷端与热端通过管体连接。主管2管体外周分布有螺旋结构，即螺旋槽3。本实施例中螺旋槽3的最大直径大于主管2的直径，使得螺旋槽3的槽底部分突出于主管2的外周之外。流体在主管2的管体流动时可以流动到该螺旋槽结构。螺旋槽3外接螺旋翅片。螺旋槽3和螺旋翅片5同轴且旋向相同，皆迎合切向进气喷嘴1的进气旋向。因本实施例中螺旋槽3的最大直径大于主管2的直径，故螺旋槽3的槽底可以深入至螺旋翅片5内部即翅根中。因涡流管内的流体热量可部分的通过螺旋槽传递到螺旋翅片上，故螺旋翅片增加了涡流管的散热量。

本实施例的工作原理如下：高压气体由切向进气喷嘴1进入主管2内部并产生靠内和靠外的两股旋流，其中内旋流流体为低温流体从涡流管冷端出口10流出，外旋流流体为高温流体流经主管2的管体并经螺旋槽3从涡流管热端出口6流出。在这一过程中，能量从内旋流向外旋流转移，同时部分热量经螺旋槽3向螺旋翅片5传递通过螺旋翅片5进入外部环境，大大降低了从涡流管冷端出口10流出的流体温度。热端调节阀7可以对热端的热量进行调节。因本实施例的螺旋槽3的槽底深入至螺旋翅片5内部，一方面可以更好的加强内旋流向外旋流的动量、能量传递，另一方面有利于积聚在螺旋槽3的高温流体向外散热，进一步提高能量分离效果。

以上所述仅为本发明的优选例实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双螺旋结构涡流管，包括主管（2），所述主管（2）的一端为冷端，另一端为热端，冷端与热端之间为管体，其特征在于：

在主管（2）的冷端的外周切向地环绕设置有多个与主管（2）的内部连通的切向进气喷嘴（1）；冷端通过冷端分离孔板（8）连通冷端管管道（9），冷端管管道（9）远离冷端分离孔板（8）的端部为涡流管冷端出口（10）；

在主管（2）的热端设置有热端调节阀（7），所述热端调节阀（7）与主管（2）热端之间的间隙构成涡流管热端出口（6）；所述涡流管冷端出口（10）、冷端管管道（9）、主管（2）、热端调节阀（7）同轴设置；

在主管（2）管体外周分布有螺旋槽（3），螺旋槽（3）外接螺旋翅片（5）。

2.根据权利要求1所述的双螺旋结构涡流管，其特征在于，所述螺旋槽（3）和螺旋翅片（5）同轴且旋向相同。

3.根据权利要求2所述的双螺旋结构涡流管，其特征在于，所述螺旋槽（3）的槽底深入到螺旋翅片（5）的翅根中。

4.根据权利要求3所述的双螺旋结构涡流管，其特征在于，所述螺旋槽（3）的最大直径大于主管（2）的直径。

5.根据权利要求1所述的双螺旋结构涡流管，其特征在于，所述切向进气喷嘴（1）的数量为2-8个。

6.根据权利要求5所述的双螺旋结构涡流管，其特征在于，所述切向进气喷嘴（1）的数量为6个。

7.根据权利要求1所述的双螺旋结构涡流管，其特征在于，所述切向进气喷嘴（1）的旋向与螺旋槽（3）同向。

8.根据权利要求1~7任一所述的双螺旋结构涡流管，其特征在于，所述热端调节阀（7）为插入主管（2）热端内的锥形物。

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