1、氣波制冷機作為一種膨脹制冷設備，具有制冷量大、運行周期長、節(jié)能、操作維修方便、帶液運行能力強等特點。已應用于油田氣輕烴回收、天然氣脫水、化工廠尾氣回收或廢氣凈化等領域。但目前國內外氣波制冷機相關的報道較少，相關報道多以針對性較強的實驗研究為主，缺少系統(tǒng)和深入的理論及實驗研究，氣波制冷機的性能有待于進一步提高。據(jù)此，本文建立了完善的氣波制冷機實驗平臺，并結合數(shù)值分析方法，對氣波制冷機振蕩管內波系運動和傳熱行為進行研究，以探尋提高氣波制冷機

2、性能的途徑。通過研究振蕩管內波系的運行狀況，確定了氣波機實現(xiàn)極值等熵制冷效率的操作條件，并給出了極值射流頻率的預測方法；通過研究振蕩管內傳熱行為，確定了振蕩管的壁溫分布及其隨各參數(shù)的變化規(guī)律，提出了對沖型均直振蕩管；通過研究對沖型均直振蕩管的性能，對該振蕩管的結構進行有效地改進，確定了性能更佳的對沖型阻尼振蕩管；通過研究不同參數(shù)條件下采用對沖型阻尼振蕩管氣波機的制冷性能，掌握了該氣波制冷機的運行規(guī)律。 本論文的主要研究工作及所形

3、成的主要結果與結論如下： (1)設計加工了氣波實驗整機和多管系氣波實驗機，建立了邊界條件可靈活改變的氣波制冷機實驗平臺，減小了實驗機與工業(yè)機之間的差異，可較好地完成振蕩管內瞬態(tài)壓力、振蕩管外壁溫度、機器制冷性能及其結構優(yōu)化等實驗工作。采用滑移網(wǎng)格技術，建立了多管、多周期的數(shù)值分析模型，并加入實驗測得的管壁溫度，避免了振蕩管的初始和邊界條件不準確的問題，克服了振蕩管內非定常傳熱達到熱平衡狀態(tài)所需計算時間長、累計誤差大的缺點，此數(shù)值

4、模型經(jīng)實驗驗證與實驗結果吻合良好。 (2)對振蕩管內波系運行狀況和傳熱行為進行了模擬計算，并借助于實驗手段，對一端封閉的均直振蕩管內流動進行了深入研究。研究發(fā)現(xiàn)：管內激波與噴嘴結構之間存在最優(yōu)匹配關系是振蕩管制冷性能存在極值現(xiàn)象的主要原因；數(shù)值分析能夠理想地預測氣波制冷機的極值射流頻率。激波擾動能夠引起管內氣體與管壁之間的傳熱量迅速增加，是影響振蕩管壁溫分布的主要因素；由于膨脹波的作用，使振蕩管內激波擾動存在一定的范圍，該擾動范

5、圍能夠誘發(fā)振蕩管壁溫出現(xiàn)跳躍和封閉端回升現(xiàn)象。 (3)通過振蕩管壁溫分布的分析發(fā)現(xiàn)，波系對沖有利于管內氣體能量的外輸耗散，據(jù)此提出了對沖型均直振蕩管結構。研究表明：該振蕩管能夠加強管內波系能量的消耗，改善振蕩管壁溫分布，使振蕩管的管長利用率和制冷性能均得到提高。對沖型均直振蕩管中有透射激波到達管入口端，使其制冷性能存在較明顯的極值現(xiàn)象。兩對沖型均直振蕩管內波系運行狀況存在差異，當來自于第一振蕩管的透射激波到達第二振蕩管入口時，第

6、二振蕩管入口處于被噴嘴前沿封閉的狀態(tài)是對沖型均直振蕩管實現(xiàn)極值等熵制冷效率的條件。 (4)在確定了截面突擴結構——激波吸收腔的削弱激波性能隨結構參數(shù)變化規(guī)律的基礎上，結合激波吸收腔直徑對氣波制冷機體積的影響，提出了串聯(lián)吸收腔結構。研究表明：串聯(lián)吸收腔能夠吸收入射激波能量，并將其反射為膨脹波，消除了反射激波對振蕩管制冷性能的不利影響，機器制冷性能得到了提高；反射膨脹波能夠引發(fā)二次入射激波，使反射膨脹波與噴嘴結構之間存在一定最優(yōu)匹配

7、關系，由于二次入射激波較弱，反映到制冷性能上，串聯(lián)吸收腔振蕩管效率曲線平坦；反射膨脹波到達振蕩管入口時，振蕩管入口處于封閉狀態(tài)是串聯(lián)吸收腔振蕩管實現(xiàn)極值等熵制冷效率的條件。 (5)綜合對沖耗散和阻尼吸收不同的兩種削弱激波強度的思想，提出了對沖型阻尼振蕩管結構。研究表明：該振蕩管克服了對沖型均直振蕩管內波系運行狀況存在差異的缺點，吸收了對沖型均直振蕩管和串聯(lián)吸收腔的優(yōu)點。與一端封閉的均直振蕩管相比，振蕩管的管長利用率和制冷性能均得

8、到提高，等熵制冷效率提高可達15％以上，其中極值制冷效率點提高5％左右。對沖型阻尼振蕩管中的阻尼腔結構能將入射激波反射為膨脹波，使振蕩管制冷性能和流量曲線均變得較平坦，提高了振蕩管變工況的工作能力。對沖型阻尼振蕩管實現(xiàn)極值等熵制冷效率的條件為：反射膨脹波到達振蕩管入口時，振蕩管入口處于封閉狀態(tài)。 (6)分別對膨脹比、壓力值、噴嘴寬度和噴嘴射流角度等參數(shù)對對沖阻尼型氣波制冷機制冷性能的影響進行了實驗研究，并對其影響機理進行了分析，