對(duì)沖型振蕩管性能的多維度剖析與優(yōu)化策略研究一、緒論1.1研究背景與意義在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，制冷技術(shù)扮演著至關(guān)重要的角色，廣泛應(yīng)用于石油化工、天然氣加工、食品保鮮、醫(yī)藥冷鏈等眾多領(lǐng)域。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的加速，對(duì)制冷技術(shù)的需求日益增長(zhǎng)，同時(shí)也對(duì)制冷效率、環(huán)保性能和能源利用效率提出了更高的要求。傳統(tǒng)的制冷技術(shù)，如蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷等，在滿足工業(yè)生產(chǎn)需求的同時(shí)，也面臨著一些挑戰(zhàn)，如能耗高、環(huán)境污染、設(shè)備復(fù)雜等問題。因此，開發(fā)新型高效的制冷技術(shù)成為了制冷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。氣波制冷技術(shù)作為一種新型的制冷技術(shù)，具有獨(dú)特的工作原理和顯著的優(yōu)勢(shì)。它利用氣體的壓力能通過(guò)機(jī)器內(nèi)部的非定常流動(dòng)產(chǎn)生激波與膨脹波，實(shí)現(xiàn)熱量分離，從而達(dá)到使氣體制冷的目的。與傳統(tǒng)制冷技術(shù)相比，氣波制冷機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制冷部分無(wú)運(yùn)動(dòng)件、抵抗二相流侵蝕能力強(qiáng)、運(yùn)行周期長(zhǎng)、節(jié)能、工況適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使得氣波制冷機(jī)在石油化工、天然氣工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。例如，在天然氣加工過(guò)程中，氣波制冷機(jī)可用于天然氣的液化、輕烴回收等環(huán)節(jié)，能夠有效提高天然氣的利用效率，降低生產(chǎn)成本。氣波制冷機(jī)的核心部件之一是振蕩管，它是入射氣體與管內(nèi)循環(huán)氣進(jìn)行能量交換的關(guān)鍵場(chǎng)所，其性能直接影響著氣波制冷機(jī)的制冷效率和整體性能。振蕩管的結(jié)構(gòu)形式多樣，不同的結(jié)構(gòu)形式會(huì)對(duì)管內(nèi)氣體的流動(dòng)特性產(chǎn)生顯著影響，進(jìn)而影響氣波制冷機(jī)的制冷性能。例如，傳統(tǒng)的一端封閉均直振蕩管存在管長(zhǎng)利用率較低的問題，在不同參數(shù)條件下，氣波機(jī)振蕩管的壁溫分布均為沿管長(zhǎng)先迅速上升然后緩慢下降，振蕩管的末端溫度較低，通過(guò)改變參數(shù)而提高壁溫的幅度有限，造成了管材的浪費(fèi)。而且氣波制冷機(jī)等熵制冷效率隨射流頻率變化而大幅波動(dòng)，這嚴(yán)重影響了氣波制冷機(jī)變工況工作的適應(yīng)能力，限制了其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。為了提高氣波制冷機(jī)的性能，使其更好地滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，對(duì)振蕩管性能的研究顯得尤為重要。通過(guò)深入研究振蕩管的性能，可以揭示振蕩管內(nèi)氣體流動(dòng)和能量交換的機(jī)理，為振蕩管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。例如，研究對(duì)沖型振蕩管的性能，可以了解其如何實(shí)現(xiàn)激波在兩管連通處的相交透射，從而提高振蕩管的管長(zhǎng)利用率和等熵制冷效率。研究振蕩管內(nèi)壓力波的相交透射過(guò)程，以及各參數(shù)對(duì)其制冷性能的影響，能夠?yàn)殚_發(fā)新型高效的振蕩管結(jié)構(gòu)提供指導(dǎo)，進(jìn)而提高氣波制冷機(jī)的整體性能，推動(dòng)氣波制冷技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。1.2氣波制冷機(jī)概述氣波制冷機(jī)的發(fā)展歷程可以追溯到20世紀(jì)70年代初，法國(guó)ELF公司和BERTIN公司于1972年在加蓬為ELF-SPACE公司建造了第一套用熱分離器從火炬管線上回收汽油的裝置，這標(biāo)志著氣波制冷機(jī)的誕生。隨后，法國(guó)NAT公司在歐、亞、非洲的一些油田建造了多套熱分離器，用于回收油田氣或火炬管線中的輕烴產(chǎn)品。日本三菱公司從70年代中期引進(jìn)法國(guó)NAT公司專利，經(jīng)過(guò)數(shù)年的研發(fā)后，將熱分離器廣泛應(yīng)用于化工廠各種尾氣中液體產(chǎn)品的回收。我國(guó)對(duì)氣波制冷機(jī)的研究始于80年代初期，大連理工大學(xué)、上海交通大學(xué)、營(yíng)口石化研究所及華北勘測(cè)設(shè)計(jì)院等單位先后開展了相關(guān)研究，并對(duì)熱分離器的結(jié)構(gòu)及性能進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究。大連理工大學(xué)方曜奇教授等人采用激波吸收技術(shù)，成功消除了反射激波的影響，減小了機(jī)器體積，提高了制冷效率。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，氣波制冷機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制冷效率提升等方面取得了顯著進(jìn)展，逐漸從實(shí)驗(yàn)室研究走向?qū)嶋H工業(yè)應(yīng)用。在制冷技術(shù)研究成果方面，眾多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)圍繞氣波制冷機(jī)開展了深入研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，對(duì)氣波制冷機(jī)的制冷機(jī)理、等熵效率的影響因素、制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了廣泛探索。研究發(fā)現(xiàn)，氣體分配器轉(zhuǎn)速、振蕩管長(zhǎng)度與氣體膨脹比等因素對(duì)氣波制冷機(jī)等熵效率有著顯著影響。例如，適當(dāng)調(diào)整氣體分配器轉(zhuǎn)速，可以優(yōu)化氣體的射入頻率，從而提高制冷效率；合理設(shè)計(jì)振蕩管長(zhǎng)度，能夠更好地實(shí)現(xiàn)氣體的能量交換，提升等熵效率。同時(shí)，通過(guò)強(qiáng)化振蕩管傳熱、消除反射激波影響、耦合脈管制冷結(jié)構(gòu)等方法，也能夠有效提高氣波制冷機(jī)的等熵效率，為氣波制冷機(jī)的性能優(yōu)化提供了理論支持和技術(shù)手段。氣波制冷機(jī)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在石油化工領(lǐng)域，氣波制冷機(jī)可用于石油裂解氣的深冷分離、油田伴生氣的輕烴回收等工藝環(huán)節(jié)。在天然氣工業(yè)中，它可用于天然氣的液化、天然氣脫水脫烴等過(guò)程。以天然氣液化為例，氣波制冷機(jī)能夠利用天然氣自身的壓力能實(shí)現(xiàn)制冷，將天然氣冷卻至低溫狀態(tài)，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸。在輕烴回收方面，氣波制冷機(jī)能夠有效地將油田伴生氣中的輕烴組分冷凝回收，提高資源利用率，增加經(jīng)濟(jì)效益。此外，氣波制冷機(jī)還在一些特殊領(lǐng)域，如火炬氣回收、化工廠尾氣處理等方面發(fā)揮著重要作用，為工業(yè)生產(chǎn)的節(jié)能減排和資源回收利用做出了貢獻(xiàn)。1.3氣波制冷機(jī)制冷機(jī)理氣波制冷機(jī)依據(jù)工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，可分為旋轉(zhuǎn)式氣波制冷機(jī)和靜止式氣波制冷機(jī)兩大類型。旋轉(zhuǎn)式氣波制冷機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)的噴嘴將高壓氣體射入振蕩管，利用氣體的高速射流和管內(nèi)氣體的相互作用產(chǎn)生氣波；靜止式氣波制冷機(jī)則采用靜止的氣體分配器和振蕩源，實(shí)現(xiàn)氣體的周期性射流和振蕩。這兩種類型的氣波制冷機(jī)在結(jié)構(gòu)和工作方式上存在差異，各有其適用場(chǎng)景。氣波制冷機(jī)的工作原理基于氣體動(dòng)力學(xué)中的激波和膨脹波理論。以旋轉(zhuǎn)式氣波制冷機(jī)為例，其工作過(guò)程可分為以下幾個(gè)階段：在射入階段，帶有壓力的來(lái)料氣通過(guò)旋轉(zhuǎn)噴嘴膨脹、加速，由噴嘴高速射出，驅(qū)動(dòng)噴嘴旋轉(zhuǎn)。由于旋轉(zhuǎn)噴嘴的旋轉(zhuǎn)，高速氣流依次射入沿噴嘴圓周排布的各接受管中。射入的氣體與原在接受管內(nèi)的氣體之間形成一接觸面，該接觸面可以看作是一個(gè)無(wú)質(zhì)量的“活塞”。由于接觸面兩邊氣體的速度和壓力都不相等，為了滿足接觸面的相容性條件，即接觸面兩邊氣體速度、壓力相等，該“活塞”向前運(yùn)動(dòng)，在活塞的前方將出現(xiàn)同方向運(yùn)動(dòng)的激波。激波掃過(guò)之處，氣體受到壓縮，溫度和壓力提高，接受管從此形成熱腔。與激波產(chǎn)生的同時(shí)，有一束膨脹波產(chǎn)生，作用于接觸面后的氣體，使該部分氣體經(jīng)等熵膨脹獲得高速，靜溫下降，形成冷腔。在噴射停止后，關(guān)閉接受管開口端，由于接觸面與管口之間的氣體正隨“活塞”向前運(yùn)動(dòng)，突然關(guān)閉管口，管口氣流速度驟然降至零，因此從管口產(chǎn)生一束右行膨脹波，使得管口與接觸面間氣體進(jìn)一步膨脹，靜溫下降，而激波繼續(xù)壓縮管內(nèi)氣體，此時(shí)激波對(duì)氣體做功的能量由管口接觸面之間的氣體供給，又使得該部分氣體總溫下降。當(dāng)接受管管口與低壓排氣管接通時(shí)，進(jìn)入排氣階段。由于接受管內(nèi)外壓力不平衡，內(nèi)部壓力高于外部，又有一束右行膨脹波傳至管內(nèi)，使管口與接觸面間氣體靜溫再度下降。同時(shí)，由于激波對(duì)管內(nèi)氣體做功的能量繼續(xù)來(lái)自管口與接觸面間氣體，該部分氣體總溫亦進(jìn)一步下降，變成冷氣排出管外，冷氣排盡時(shí)，接觸面到達(dá)管口。運(yùn)動(dòng)到接受管封閉端的激波被激波吸收腔吸收，以免產(chǎn)生激波反射，影響降溫效果。排氣終止后結(jié)束一個(gè)工作循環(huán)，被激波加熱的氣體通過(guò)管壁向外界散熱。在氣波制冷機(jī)中，等熵制冷效率是衡量其制冷性能的關(guān)鍵指標(biāo)，它反映了制冷機(jī)將氣體壓力能轉(zhuǎn)化為冷量的有效程度。等熵制冷效率受到多種因素的綜合影響，其中氣體分配器轉(zhuǎn)速起著重要作用。氣體分配器轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了氣體的射入頻率，合適的轉(zhuǎn)速能夠使氣體在振蕩管內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高效的能量交換，從而提高等熵制冷效率。當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，氣體射入頻率不足，管內(nèi)氣體無(wú)法充分進(jìn)行能量交換，導(dǎo)致制冷效率低下；而轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，可能會(huì)引發(fā)不穩(wěn)定的流動(dòng)狀態(tài)，同樣不利于制冷效率的提升。振蕩管長(zhǎng)度也對(duì)等熵制冷效率有著顯著影響。不同長(zhǎng)度的振蕩管會(huì)影響管內(nèi)氣體的流動(dòng)特性和能量分布，進(jìn)而影響制冷效果。若振蕩管過(guò)短，氣體在管內(nèi)的膨脹和能量交換不充分，制冷效率難以提高；若振蕩管過(guò)長(zhǎng)，雖然能提供更充分的能量交換空間，但也會(huì)增加氣體流動(dòng)的阻力和能量損失，在一定程度上降低等熵制冷效率。氣體膨脹比也是影響等熵制冷效率的重要因素之一。膨脹比過(guò)大或過(guò)小都不利于制冷效率的提高，只有在合適的膨脹比范圍內(nèi)，氣波制冷機(jī)才能實(shí)現(xiàn)較高的等熵制冷效率，這是因?yàn)榕蛎洷戎苯雨P(guān)系到氣體的膨脹程度和能量釋放，合適的膨脹比能夠使氣體在管內(nèi)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的能量轉(zhuǎn)換，從而提高制冷效率。1.4振蕩管內(nèi)流動(dòng)分析振蕩管內(nèi)的流動(dòng)情況極為復(fù)雜，涉及接觸面的運(yùn)動(dòng)、管口處的流動(dòng)以及壓力波的相互作用等多個(gè)方面。在振蕩管內(nèi)，射入的氣體與原在管內(nèi)的氣體之間形成的接觸面，可看作是一個(gè)無(wú)質(zhì)量的“活塞”。由于接觸面兩邊氣體的速度和壓力都不相等，為滿足接觸面的相容性條件，該“活塞”會(huì)向前運(yùn)動(dòng)。在“活塞”的前方將出現(xiàn)同方向運(yùn)動(dòng)的激波，激波掃過(guò)之處，氣體受到壓縮，溫度和壓力提高，接受管從此形成熱腔。與激波產(chǎn)生的同時(shí)，有一束膨脹波產(chǎn)生，作用于接觸面后的氣體，使該部分氣體經(jīng)等熵膨脹獲得高速，靜溫下降，形成冷腔。這種接觸面的運(yùn)動(dòng)和激波、膨脹波的產(chǎn)生，是振蕩管內(nèi)能量交換和制冷的基礎(chǔ)。當(dāng)接受管開口端關(guān)閉時(shí)，由于接觸面與管口之間的氣體正隨“活塞”向前運(yùn)動(dòng)，突然關(guān)閉管口，管口氣流速度驟然降至零，因此從管口產(chǎn)生一束右行膨脹波，使得管口與接觸面間氣體進(jìn)一步膨脹，靜溫下降。而激波繼續(xù)壓縮管內(nèi)氣體，此時(shí)激波對(duì)管內(nèi)氣體做功的能量由管口與接觸面之間的氣體供給，又使得該部分氣體總溫下降。當(dāng)接受管管口與低壓排氣管接通時(shí)，進(jìn)入排氣階段。由于接受管內(nèi)外壓力不平衡，內(nèi)部壓力高于外部，又有一束右行膨脹波傳至管內(nèi)，使管口與接觸面間氣體靜溫再度下降。同時(shí)，由于激波對(duì)管內(nèi)氣體做功的能量繼續(xù)來(lái)自管口與接觸面間氣體，該部分氣體總溫亦進(jìn)一步下降，變成冷氣排出管外，冷氣排盡時(shí)，接觸面到達(dá)管口。運(yùn)動(dòng)到接受管封閉端的激波被激波吸收腔吸收，以免產(chǎn)生激波反射，影響降溫效果。這些過(guò)程表明，管口處的流動(dòng)情況對(duì)振蕩管的制冷性能有著重要影響，不同的流動(dòng)狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致能量交換的差異，進(jìn)而影響制冷效率。在振蕩管內(nèi)，壓力波的相交透射過(guò)程也十分關(guān)鍵。激波的相交能引起振蕩管管壁溫度上升，利于管內(nèi)氣體能量的外輸耗散。當(dāng)兩束激波相交時(shí)，會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致局部壓力和溫度的變化，從而使管壁溫度升高，促進(jìn)能量的傳遞和耗散。這種壓力波的相互作用，不僅影響著管內(nèi)氣體的能量分布，還對(duì)振蕩管的制冷性能產(chǎn)生重要影響。如果能夠合理利用壓力波的相交透射，就可以提高振蕩管的能量利用效率，增強(qiáng)制冷效果。數(shù)值分析在研究振蕩管內(nèi)流動(dòng)中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)建立多管、多周期氣波振蕩管的數(shù)值分析模型，可對(duì)不同結(jié)構(gòu)振蕩管內(nèi)流體流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬，為進(jìn)一步揭示振蕩管制冷機(jī)理提供條件。利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法，可以模擬振蕩管內(nèi)的氣體流動(dòng)、壓力分布和溫度變化等情況。通過(guò)數(shù)值模擬，可以直觀地觀察到激波和膨脹波的傳播、接觸面的運(yùn)動(dòng)以及壓力波的相交透射等現(xiàn)象，深入分析這些過(guò)程對(duì)振蕩管性能的影響。數(shù)值分析還可以對(duì)不同結(jié)構(gòu)的振蕩管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)改變振蕩管的長(zhǎng)度、直徑、形狀等參數(shù)，模擬不同結(jié)構(gòu)下的流動(dòng)情況，找出最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高振蕩管的制冷效率和性能穩(wěn)定性。數(shù)值分析也存在一定的局限性，如模型的簡(jiǎn)化可能導(dǎo)致結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差，需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行驗(yàn)證和修正。1.5研究?jī)?nèi)容與方法本文圍繞對(duì)沖型振蕩管性能展開研究，具體內(nèi)容包括對(duì)振蕩管內(nèi)壓力波相交透射過(guò)程的深入分析。通過(guò)建立數(shù)值分析模型，詳細(xì)研究激波相交對(duì)振蕩管管壁溫度的影響，以及這種影響如何促進(jìn)管內(nèi)氣體能量的外輸耗散。深入探討對(duì)沖型均直振蕩管結(jié)構(gòu)，分析其實(shí)現(xiàn)激波在兩管連通處相交透射的原理，研究這種結(jié)構(gòu)如何提高振蕩管的管長(zhǎng)利用率和等熵制冷效率，以及對(duì)返回振蕩管入口端激波強(qiáng)度的削弱作用。對(duì)各參數(shù)對(duì)其制冷性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和分析，如研究振蕩管長(zhǎng)度、直徑、氣體射入頻率等參數(shù)的變化，對(duì)制冷性能產(chǎn)生的具體影響，從而找出最優(yōu)的參數(shù)組合，提高氣波制冷機(jī)的性能。在研究方法上，本文采用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式。數(shù)值模擬方面，建立多管、多周期氣波振蕩管的數(shù)值分析模型，運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法，對(duì)不同結(jié)構(gòu)振蕩管內(nèi)的流體流動(dòng)過(guò)程進(jìn)行模擬。通過(guò)設(shè)置合理的邊界條件和初始條件，模擬氣體在振蕩管內(nèi)的流動(dòng)、壓力分布和溫度變化等情況，深入分析激波和膨脹波的傳播、接觸面的運(yùn)動(dòng)以及壓力波的相交透射等現(xiàn)象，為振蕩管性能研究提供理論依據(jù)。在實(shí)驗(yàn)研究方面，搭建完善的氣波機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置和測(cè)試系統(tǒng)，利用壓力傳感器、溫度傳感器等設(shè)備，測(cè)量振蕩管內(nèi)的瞬態(tài)壓力、振蕩管外壁溫度等參數(shù)，測(cè)試氣波制冷機(jī)的制冷性能。通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)條件，如氣體分配器轉(zhuǎn)速、振蕩管長(zhǎng)度、氣體膨脹比等，研究各參數(shù)對(duì)制冷性能的影響，對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充，確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。二、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建與數(shù)值模擬基礎(chǔ)2.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建本實(shí)驗(yàn)搭建的氣波制冷機(jī)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其核心目的在于精確研究對(duì)沖型振蕩管性能。該平臺(tái)主要由氣源系統(tǒng)、氣體分配器、振蕩管組件、測(cè)量系統(tǒng)以及輔助裝置等部分組成，各部分緊密協(xié)作，確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取。氣源系統(tǒng)為整個(gè)實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)定的高壓氣體，它主要由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐和過(guò)濾器等設(shè)備構(gòu)成?？諝鈮嚎s機(jī)負(fù)責(zé)將大氣中的空氣壓縮至實(shí)驗(yàn)所需的壓力，儲(chǔ)氣罐用于儲(chǔ)存壓縮后的氣體，以保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣體供應(yīng)的穩(wěn)定性。過(guò)濾器則對(duì)壓縮空氣進(jìn)行凈化處理，去除其中的雜質(zhì)、水分和油污等，防止這些污染物對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備造成損害，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如，若壓縮空氣中含有較多水分，在氣波制冷機(jī)的工作過(guò)程中，水分可能會(huì)結(jié)冰，堵塞管道或影響氣波的傳播，從而干擾實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。通過(guò)過(guò)濾器的有效過(guò)濾，可確保進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的氣體純凈、干燥，為實(shí)驗(yàn)的可靠性提供保障。氣體分配器是氣波制冷機(jī)的關(guān)鍵部件之一，它的作用是將高壓氣體按照一定的頻率和規(guī)律分配到振蕩管中。本實(shí)驗(yàn)采用的氣體分配器為旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，其主要由旋轉(zhuǎn)軸、分配盤和噴嘴等部分組成。旋轉(zhuǎn)軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)分配盤高速旋轉(zhuǎn)。分配盤上均勻分布著多個(gè)噴嘴，高壓氣體通過(guò)分配盤上的通道進(jìn)入噴嘴，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，噴嘴依次與振蕩管的入口對(duì)齊，將高壓氣體高速射入振蕩管內(nèi)。通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以改變氣體分配器的旋轉(zhuǎn)速度，從而調(diào)整氣體的射入頻率。例如，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高時(shí)，分配盤旋轉(zhuǎn)加快，氣體射入振蕩管的頻率增加，使得振蕩管內(nèi)的氣波產(chǎn)生和傳播特性發(fā)生變化，進(jìn)而影響制冷效果。這種通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)改變氣體射入頻率的方式，為研究不同射入頻率對(duì)振蕩管性能的影響提供了便利條件。振蕩管組件是氣波制冷機(jī)實(shí)現(xiàn)制冷的核心部分，本實(shí)驗(yàn)主要研究對(duì)沖型振蕩管。對(duì)沖型振蕩管由兩根均直振蕩管在一端連通組成，形成一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)。當(dāng)高壓氣體從氣體分配器的噴嘴射入其中一根振蕩管后，在管內(nèi)形成激波和膨脹波，這些壓力波傳播到兩管連通處時(shí)，會(huì)發(fā)生相交透射現(xiàn)象。激波的相交能引起振蕩管管壁溫度上升，利于管內(nèi)氣體能量的外輸耗散，從而提高振蕩管的制冷性能。與傳統(tǒng)的一端封閉均直振蕩管相比，對(duì)沖型振蕩管能夠?qū)崿F(xiàn)激波在兩管連通處的相交透射，有效提高了管長(zhǎng)利用率，減少了管材的浪費(fèi)。例如，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，傳統(tǒng)振蕩管可能存在管長(zhǎng)利用率不足的問題，導(dǎo)致部分管段未能充分參與能量交換，而對(duì)沖型振蕩管通過(guò)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得管內(nèi)氣體能夠更充分地進(jìn)行能量交換，提高了制冷效率。測(cè)量系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各種參數(shù)，包括振蕩管內(nèi)的瞬態(tài)壓力、振蕩管外壁溫度、氣體流量和壓力等。壓力傳感器被安裝在振蕩管的特定位置，用于測(cè)量管內(nèi)的瞬態(tài)壓力變化。這些壓力傳感器具有高精度和快速響應(yīng)的特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確捕捉到振蕩管內(nèi)壓力波的傳播和變化情況。例如，在激波和膨脹波傳播過(guò)程中，壓力傳感器可以實(shí)時(shí)測(cè)量壓力的瞬間變化，為研究氣波的特性提供數(shù)據(jù)支持。溫度傳感器則分布在振蕩管的外壁上，用于測(cè)量振蕩管外壁的溫度分布。通過(guò)測(cè)量不同位置的外壁溫度，可以了解管內(nèi)氣體與管壁之間的熱量傳遞情況，以及激波相交對(duì)管壁溫度的影響。氣體流量和壓力傳感器安裝在氣源系統(tǒng)和氣體分配器的管道上，用于測(cè)量進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的氣體流量和壓力，確保實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。這些測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和處理，并傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究提供了豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。輔助裝置包括冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。冷卻系統(tǒng)用于對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行冷卻，防止設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行過(guò)程中因過(guò)熱而損壞。在氣波制冷機(jī)工作時(shí)，氣體的壓縮和膨脹過(guò)程會(huì)產(chǎn)生熱量，這些熱量如果不能及時(shí)散發(fā)，會(huì)影響設(shè)備的性能和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。冷卻系統(tǒng)通過(guò)循環(huán)冷卻水或其他冷卻介質(zhì)，帶走設(shè)備產(chǎn)生的熱量，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。控制系統(tǒng)用于控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如氣體分配器的轉(zhuǎn)速、氣源系統(tǒng)的壓力等。操作人員可以通過(guò)控制系統(tǒng)設(shè)置和調(diào)整這些參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的精確控制。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集和整理測(cè)量系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中進(jìn)行分析和處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集能力，能夠?qū)崟r(shí)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的各種參數(shù)變化，為實(shí)驗(yàn)研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持。2.2數(shù)值模擬方法為深入研究對(duì)沖型振蕩管性能，本研究采用數(shù)值模擬方法對(duì)振蕩管內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行模擬分析。在數(shù)值模擬過(guò)程中，構(gòu)建合理的物理模型是基礎(chǔ)，選擇合適的控制方程是關(guān)鍵，應(yīng)用恰當(dāng)?shù)耐牧髂Ｐ褪潜匾侄?，同時(shí)，對(duì)激波問題的妥善處理也是保證模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的重要環(huán)節(jié)。在物理模型建立方面，依據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中對(duì)沖型振蕩管的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸和工作條件，利用專業(yè)的三維建模軟件，如SolidWorks、ANSYSDesignModeler等，構(gòu)建精確的三維物理模型。在建模過(guò)程中，充分考慮振蕩管的幾何形狀，包括管長(zhǎng)、管徑、兩管連通處的結(jié)構(gòu)等因素，確保模型與實(shí)際振蕩管結(jié)構(gòu)高度一致。對(duì)于氣體分配器與振蕩管的連接部分，也進(jìn)行詳細(xì)建模，準(zhǔn)確模擬氣體射入振蕩管的過(guò)程。考慮到振蕩管內(nèi)氣體流動(dòng)的復(fù)雜性，對(duì)模型進(jìn)行合理的網(wǎng)格劃分是確保模擬精度的重要步驟。采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)振蕩管內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行劃分，在氣體流動(dòng)變化劇烈的區(qū)域，如激波產(chǎn)生和傳播的區(qū)域、兩管連通處等，加密網(wǎng)格，以提高對(duì)復(fù)雜流動(dòng)現(xiàn)象的捕捉能力；在流動(dòng)相對(duì)平穩(wěn)的區(qū)域，適當(dāng)降低網(wǎng)格密度，以減少計(jì)算量，提高計(jì)算效率。通過(guò)這種局部加密的網(wǎng)格劃分策略，既能保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，又能兼顧計(jì)算資源的合理利用。利用網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證方法，對(duì)不同網(wǎng)格數(shù)量下的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，確定最優(yōu)的網(wǎng)格方案，確保模擬結(jié)果不受網(wǎng)格數(shù)量的影響，具有可靠性。在控制方程選取上，氣波制冷機(jī)內(nèi)氣體的流動(dòng)為可壓縮、非定常流動(dòng)，因此選擇三維非定常可壓縮Navier-Stokes方程作為基本控制方程。連續(xù)性方程用于描述質(zhì)量守恒，其表達(dá)式為：\frac{\partial\rho}{\partialt}+\nabla\cdot(\rho\vec{v})=0式中，\rho為氣體密度，t為時(shí)間，\vec{v}為氣體速度矢量。動(dòng)量方程用于描述動(dòng)量守恒，在笛卡爾坐標(biāo)系下的表達(dá)式為：\frac{\partial(\rhov_{i})}{\partialt}+\nabla\cdot(\rhov_{i}\vec{v})=-\frac{\partialp}{\partialx_{i}}+\nabla\cdot(\tau_{ij})+\rhog_{i}其中，v_{i}為速度在i方向的分量（i=x,y,z），p為氣體壓力，\tau_{ij}為應(yīng)力張量，g_{i}為重力加速度在i方向的分量。能量方程用于描述能量守恒，其表達(dá)式為：\frac{\partial(\rhoE)}{\partialt}+\nabla\cdot(\vec{v}(\rhoE+p))=\nabla\cdot(k\nablaT)+\nabla\cdot(\vec{v}\cdot\tau_{ij})+\rho\vec{v}\cdot\vec{g}這里，E為單位質(zhì)量氣體的總能量，k為氣體的熱導(dǎo)率，T為氣體溫度。這些控制方程完整地描述了氣波制冷機(jī)內(nèi)氣體的流動(dòng)和能量傳遞過(guò)程，為數(shù)值模擬提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。在實(shí)際求解過(guò)程中，采用有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)行離散化處理，將計(jì)算區(qū)域劃分為多個(gè)小的控制體積，在每個(gè)控制體積上對(duì)控制方程進(jìn)行積分，將偏微分方程轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程組，然后通過(guò)迭代求解的方式得到流場(chǎng)的數(shù)值解。對(duì)于湍流模型的應(yīng)用，由于振蕩管內(nèi)氣體流動(dòng)存在湍流現(xiàn)象，合理選擇湍流模型對(duì)準(zhǔn)確模擬流場(chǎng)至關(guān)重要。在眾多湍流模型中，k-\epsilon雙方程湍流模型因其在工程應(yīng)用中具有較好的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率，被廣泛應(yīng)用于可壓縮湍流流動(dòng)的模擬。k-\epsilon模型通過(guò)求解湍動(dòng)能k和湍動(dòng)能耗散率\epsilon的輸運(yùn)方程來(lái)封閉控制方程組。湍動(dòng)能k的輸運(yùn)方程為：\frac{\partial(\rhok)}{\partialt}+\nabla\cdot(\rhok\vec{v})=\nabla\cdot[(\mu+\frac{\mu_{t}}{\sigma_{k}})\nablak]+G_{k}-\rho\epsilon其中，\mu為分子粘性系數(shù)，\mu_{t}為湍流粘性系數(shù)，\sigma_{k}為湍動(dòng)能k的湍流普朗特?cái)?shù)，G_{k}為湍動(dòng)能生成項(xiàng)。湍動(dòng)能耗散率\epsilon的輸運(yùn)方程為：\frac{\partial(\rho\epsilon)}{\partialt}+\nabla\cdot(\rho\epsilon\vec{v})=\nabla\cdot[(\mu+\frac{\mu_{t}}{\sigma_{\epsilon}})\nabla\epsilon]+C_{1\epsilon}\frac{\epsilon}{k}G_{k}-C_{2\epsilon}\rho\frac{\epsilon^{2}}{k}式中，\sigma_{\epsilon}為湍動(dòng)能耗散率\epsilon的湍流普朗特?cái)?shù)，C_{1\epsilon}和C_{2\epsilon}為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。在本研究中，選用標(biāo)準(zhǔn)k-\epsilon湍流模型對(duì)振蕩管內(nèi)的湍流流動(dòng)進(jìn)行模擬。在模擬過(guò)程中，根據(jù)氣體的物理性質(zhì)和流動(dòng)條件，合理設(shè)置湍流模型中的參數(shù)，以確保模型能夠準(zhǔn)確地反映振蕩管內(nèi)的湍流特性。通過(guò)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)k-\epsilon湍流模型能夠較好地模擬振蕩管內(nèi)的湍流流動(dòng)，為研究振蕩管性能提供了可靠的模擬結(jié)果。在處理激波問題時(shí)，由于激波是氣體流動(dòng)中的強(qiáng)間斷現(xiàn)象，在數(shù)值模擬中需要特殊處理，以避免數(shù)值振蕩和計(jì)算不穩(wěn)定。本研究采用基于激波捕捉法的數(shù)值格式，如Roe格式、AUSM格式等，來(lái)處理激波問題。這些格式通過(guò)對(duì)通量的特殊計(jì)算，能夠自動(dòng)捕捉激波的位置和強(qiáng)度，有效地避免了激波附近的數(shù)值振蕩。以Roe格式為例，它基于Roe平均通量的概念，通過(guò)求解Riemann問題來(lái)計(jì)算通量，能夠準(zhǔn)確地捕捉激波的位置和傳播過(guò)程。在模擬過(guò)程中，對(duì)激波附近的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，進(jìn)一步提高對(duì)激波的捕捉精度。同時(shí)，通過(guò)調(diào)整數(shù)值格式中的參數(shù)，如人工粘性系數(shù)等，來(lái)控制激波的數(shù)值耗散，確保激波的計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確可靠。利用壓力、密度等物理量的突變來(lái)判斷激波的位置和強(qiáng)度，并與理論分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確保模擬結(jié)果中激波的準(zhǔn)確性。三、傳統(tǒng)均直振蕩管性能研究3.1制冷性能分析為深入探究傳統(tǒng)均直振蕩管的制冷性能，本研究結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬兩種手段展開分析。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，運(yùn)用前文搭建的氣波機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)一端封閉均直振蕩管在不同工況下的制冷性能進(jìn)行測(cè)試，詳細(xì)記錄振蕩管內(nèi)的瞬態(tài)壓力、振蕩管外壁溫度等關(guān)鍵參數(shù)。同時(shí)，利用數(shù)值模擬方法，借助已建立的多管、多周期氣波振蕩管數(shù)值分析模型，對(duì)振蕩管內(nèi)的流體流動(dòng)過(guò)程展開模擬，精準(zhǔn)分析管內(nèi)激波、膨脹波的傳播特性以及接觸面的運(yùn)動(dòng)情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在不同的實(shí)驗(yàn)參數(shù)條件下，振蕩管的壁溫分布呈現(xiàn)出相似的規(guī)律，即沿管長(zhǎng)方向先迅速上升，隨后緩慢下降。在振蕩管的起始段，由于激波的強(qiáng)烈作用，氣體受到劇烈壓縮，溫度急劇升高，使得管壁溫度迅速上升。隨著氣體在管內(nèi)的流動(dòng)，能量逐漸耗散，激波強(qiáng)度逐漸減弱，氣體溫度升高的幅度減小，導(dǎo)致管壁溫度上升的速率變緩，隨后進(jìn)入緩慢下降階段。振蕩管的末端溫度相對(duì)較低，這表明在管長(zhǎng)的末端部分，氣體的能量交換不夠充分，管長(zhǎng)利用率較低。例如，在某一特定實(shí)驗(yàn)工況下，振蕩管起始段在短時(shí)間內(nèi)溫度可迅速上升至較高值，而在末端部分，溫度則明顯低于起始段和中間部分，通過(guò)改變膨脹比、射流頻率等參數(shù)，雖然能在一定程度上調(diào)整壁溫分布，但提高壁溫的幅度有限，難以有效提升管長(zhǎng)利用率。這種管長(zhǎng)利用率較低的情況，意味著部分管材未能充分發(fā)揮作用，造成了資源的浪費(fèi)，也限制了振蕩管制冷性能的進(jìn)一步提升。射流頻率對(duì)振蕩管制冷性能有著顯著影響。當(dāng)射流頻率較低時(shí)，氣體射入振蕩管的間隔時(shí)間較長(zhǎng)，管內(nèi)氣體的能量交換不夠頻繁，導(dǎo)致制冷效率低下。隨著射流頻率的增加，氣體射入振蕩管的頻率加快，管內(nèi)氣體的能量交換更加頻繁，制冷效率有所提高。但當(dāng)射流頻率過(guò)高時(shí)，管內(nèi)氣體流動(dòng)變得不穩(wěn)定，可能會(huì)引發(fā)激波的不規(guī)則反射和干擾，反而降低制冷效率。例如，在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)射流頻率從較低值逐漸增加時(shí)，制冷效率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但當(dāng)射流頻率超過(guò)某一臨界值后，制冷效率開始下降，這表明存在一個(gè)最優(yōu)的射流頻率范圍，在此范圍內(nèi)，振蕩管能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的制冷性能。膨脹比也是影響振蕩管制冷性能的關(guān)鍵因素之一。膨脹比過(guò)小，氣體膨脹不充分，無(wú)法充分釋放壓力能轉(zhuǎn)化為冷量，制冷效率較低；膨脹比過(guò)大，雖然氣體能夠充分膨脹，但可能會(huì)導(dǎo)致激波強(qiáng)度過(guò)大，能量損失增加，同樣不利于制冷效率的提高。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體的工況條件，選擇合適的膨脹比，以實(shí)現(xiàn)振蕩管的高效制冷。例如，在不同膨脹比的實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，當(dāng)膨脹比在某一特定區(qū)間內(nèi)時(shí)，制冷效率較高，而超出這個(gè)區(qū)間，制冷效率則會(huì)明顯下降。管長(zhǎng)對(duì)振蕩管制冷性能的影響也不容忽視。較短的管長(zhǎng)使得氣體在管內(nèi)的停留時(shí)間過(guò)短，能量交換不充分，制冷效果不佳；較長(zhǎng)的管長(zhǎng)雖然能提供更充足的能量交換時(shí)間，但會(huì)增加氣體流動(dòng)的阻力和能量損失，同時(shí)也會(huì)造成管材的浪費(fèi)。因此，需要綜合考慮各種因素，確定合適的管長(zhǎng)，以優(yōu)化振蕩管的制冷性能。例如，通過(guò)對(duì)不同管長(zhǎng)的振蕩管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)增加管長(zhǎng)，制冷效率會(huì)有所提高，但當(dāng)管長(zhǎng)超過(guò)某一值后，制冷效率不再明顯提升，反而可能因能量損失的增加而略有下降。3.2波系運(yùn)動(dòng)研究為深入了解振蕩管內(nèi)的波系運(yùn)動(dòng)，本研究利用高速紋影系統(tǒng)，對(duì)傳統(tǒng)均直振蕩管內(nèi)激波、膨脹波等波系的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了可視化觀測(cè)。通過(guò)設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)工況，詳細(xì)記錄波系的傳播速度、反射和透射情況，結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果，對(duì)波系運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行深入分析。在振蕩管內(nèi)，激波是一種強(qiáng)間斷面，它的傳播速度遠(yuǎn)大于聲速，能夠使氣體的壓力、溫度和密度等參數(shù)發(fā)生急劇變化。當(dāng)高壓氣體射入振蕩管時(shí)，會(huì)在管內(nèi)形成激波，激波的傳播過(guò)程伴隨著能量的傳遞和轉(zhuǎn)換。實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和數(shù)值模擬結(jié)果顯示，激波在傳播過(guò)程中，其強(qiáng)度會(huì)逐漸減弱，這是由于激波與管壁之間的摩擦、氣體的粘性以及能量的耗散等因素導(dǎo)致的。激波在遇到振蕩管的封閉端或其他障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，反射激波與入射激波相互作用，會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步影響管內(nèi)氣體的流動(dòng)和能量分布。膨脹波是振蕩管內(nèi)另一種重要的波系，它的傳播速度等于聲速。膨脹波的產(chǎn)生與氣體的膨脹過(guò)程密切相關(guān)，當(dāng)氣體在振蕩管內(nèi)經(jīng)歷膨脹時(shí)，會(huì)產(chǎn)生膨脹波。膨脹波的傳播使得氣體的壓力、溫度和密度降低，從而實(shí)現(xiàn)氣體的制冷。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)測(cè)量管內(nèi)不同位置的壓力和溫度變化，可以清晰地觀察到膨脹波的傳播過(guò)程。膨脹波與激波相互作用，會(huì)對(duì)振蕩管的制冷性能產(chǎn)生重要影響。當(dāng)膨脹波與激波相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生波的干涉和疊加，改變波系的傳播特性和能量分布，進(jìn)而影響制冷效果。接觸面作為振蕩管內(nèi)氣體能量交換的重要界面，其運(yùn)動(dòng)情況對(duì)波系運(yùn)動(dòng)有著顯著影響。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)高速攝像機(jī)對(duì)接觸面的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)接觸面在氣體壓力差的作用下，會(huì)向振蕩管的封閉端移動(dòng)。接觸面的運(yùn)動(dòng)速度和位置會(huì)隨著氣體的射入頻率、膨脹比等參數(shù)的變化而改變。接觸面的運(yùn)動(dòng)還會(huì)影響激波和膨脹波的產(chǎn)生和傳播，當(dāng)接觸面快速移動(dòng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致激波強(qiáng)度增強(qiáng)，膨脹波傳播速度加快，從而影響振蕩管內(nèi)的能量交換和制冷性能。波系在振蕩管內(nèi)的反射和透射現(xiàn)象也十分復(fù)雜。當(dāng)激波傳播到振蕩管的封閉端時(shí)，會(huì)發(fā)生反射，反射激波的強(qiáng)度和傳播方向與入射激波的特性以及封閉端的結(jié)構(gòu)有關(guān)。在某些情況下，反射激波會(huì)與入射激波相互疊加，形成更強(qiáng)的激波，這會(huì)導(dǎo)致管內(nèi)氣體壓力和溫度的急劇升高，增加能量損失。而在兩管連通處，波系會(huì)發(fā)生透射現(xiàn)象，透射波的強(qiáng)度和傳播方向會(huì)影響管內(nèi)氣體的能量分布和制冷性能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，合理設(shè)計(jì)振蕩管的連通結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)化波系的透射特性，提高振蕩管的能量利用效率。波系運(yùn)動(dòng)對(duì)振蕩管制冷性能有著多方面的作用。激波的壓縮作用使得氣體溫度升高，為能量的外輸耗散提供了條件。當(dāng)激波與管壁相互作用時(shí)，會(huì)將一部分能量傳遞給管壁，通過(guò)管壁散熱實(shí)現(xiàn)能量的耗散，從而提高制冷效率。膨脹波的膨脹作用則使氣體溫度降低，直接實(shí)現(xiàn)制冷效果。膨脹波的有效傳播和作用范圍，決定了氣體能夠達(dá)到的低溫程度，對(duì)制冷性能有著直接影響。接觸面的運(yùn)動(dòng)促進(jìn)了管內(nèi)氣體的混合和能量交換，使得制冷過(guò)程更加均勻和高效。通過(guò)優(yōu)化波系運(yùn)動(dòng)，如調(diào)整激波和膨脹波的強(qiáng)度、傳播速度以及接觸面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等，可以提高振蕩管的制冷性能，為氣波制冷機(jī)的性能提升提供有力支持。3.3壁溫分布探討通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)傳統(tǒng)均直振蕩管在不同參數(shù)下的壁溫分布規(guī)律展開深入探討，分析壁溫分布對(duì)管長(zhǎng)利用率的影響。在實(shí)驗(yàn)中，使用高精度的溫度傳感器，沿振蕩管的軸向均勻布置多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振蕩管外壁溫度。在數(shù)值模擬中，利用已建立的數(shù)值模型，精確計(jì)算管內(nèi)氣體與管壁之間的傳熱過(guò)程，獲取壁溫分布數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果顯示，在不同的膨脹比、射流頻率等參數(shù)條件下，振蕩管的壁溫分布呈現(xiàn)出相似的變化趨勢(shì)。在振蕩管的起始段，壁溫迅速上升，這是由于高壓氣體射入時(shí)，產(chǎn)生的激波對(duì)氣體進(jìn)行強(qiáng)烈壓縮，使氣體溫度急劇升高，通過(guò)熱傳導(dǎo)作用，管壁溫度也隨之迅速上升。隨著氣體沿管長(zhǎng)方向流動(dòng)，激波強(qiáng)度逐漸減弱，氣體溫度升高的幅度減小，管壁溫度上升的速率也逐漸變緩。在振蕩管的末端部分，壁溫出現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，這是因?yàn)樵谀┒藚^(qū)域，氣體的能量交換逐漸減少，管內(nèi)氣體與外界環(huán)境的熱量交換使得壁溫逐漸降低。例如，當(dāng)膨脹比為某一特定值時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到振蕩管起始段壁溫在短時(shí)間內(nèi)可升高至較高溫度，而在末端部分，壁溫則明顯低于起始段和中間部分。數(shù)值模擬結(jié)果也與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，進(jìn)一步驗(yàn)證了壁溫分布規(guī)律的準(zhǔn)確性。管長(zhǎng)利用率與壁溫分布密切相關(guān)。由于振蕩管末端溫度較低，表明在末端部分，氣體未能充分利用管長(zhǎng)進(jìn)行有效的能量交換，管長(zhǎng)利用率較低。這種情況導(dǎo)致部分管材未能充分發(fā)揮作用，造成了資源的浪費(fèi)。通過(guò)改變參數(shù)來(lái)提高壁溫的幅度有限，難以顯著提升管長(zhǎng)利用率。當(dāng)嘗試提高射流頻率時(shí)，雖然在一定程度上能夠增加氣體的能量交換，但對(duì)于振蕩管末端溫度的提升效果并不明顯，管長(zhǎng)利用率依然較低。這說(shuō)明傳統(tǒng)均直振蕩管在結(jié)構(gòu)上存在一定的局限性，需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，以優(yōu)化壁溫分布，提高管長(zhǎng)利用率。四、對(duì)沖型均直振蕩管性能探究4.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理對(duì)沖型均直振蕩管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于波系對(duì)沖原理，旨在優(yōu)化振蕩管內(nèi)的波系運(yùn)動(dòng)和能量交換過(guò)程，以提高振蕩管的性能。其結(jié)構(gòu)由兩根均直振蕩管在一端相互連通組成，形成獨(dú)特的連通結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于對(duì)振蕩管內(nèi)壓力波相交透射過(guò)程的深入研究，發(fā)現(xiàn)激波的相交能引起振蕩管管壁溫度上升，利于管內(nèi)氣體能量的外輸耗散。當(dāng)高壓氣體從氣體分配器的噴嘴射入其中一根振蕩管后，在管內(nèi)形成激波和膨脹波。激波以超音速傳播，使氣體的壓力、溫度和密度急劇升高；膨脹波則以音速傳播，導(dǎo)致氣體的壓力、溫度和密度降低。這些壓力波傳播到兩管連通處時(shí)，由于連通結(jié)構(gòu)的特殊設(shè)計(jì)，兩束激波會(huì)在此處相交透射。在相交過(guò)程中，激波的能量相互作用，產(chǎn)生復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)，使得局部壓力和溫度發(fā)生劇烈變化，從而引起振蕩管管壁溫度上升。這種溫度上升促進(jìn)了管內(nèi)氣體與管壁之間的熱量傳遞，使氣體的能量能夠更有效地外輸耗散，提高了能量利用效率。與傳統(tǒng)的一端封閉均直振蕩管相比，對(duì)沖型均直振蕩管在提高管長(zhǎng)利用率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)振蕩管中，由于管長(zhǎng)利用率較低，部分管材未能充分參與能量交換，造成了資源的浪費(fèi)。而對(duì)沖型均直振蕩管通過(guò)實(shí)現(xiàn)激波在兩管連通處的相交透射，使管內(nèi)氣體在整個(gè)管長(zhǎng)范圍內(nèi)都能更充分地進(jìn)行能量交換。在兩管連通處，激波的相交導(dǎo)致管壁溫度升高，使得該區(qū)域的能量交換更加活躍，有效地利用了原本利用率較低的管段。通過(guò)這種方式，對(duì)沖型均直振蕩管提高了振蕩管的管長(zhǎng)利用率，減少了管材的浪費(fèi)，在相同的制冷需求下，可以使用更短的管長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)相同的制冷效果，或者在相同管長(zhǎng)下實(shí)現(xiàn)更高的制冷效率。4.2制冷性能評(píng)估為全面評(píng)估對(duì)沖型均直振蕩管的制冷性能，將其與傳統(tǒng)均直振蕩管進(jìn)行對(duì)比研究。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬計(jì)算，分析對(duì)沖型均直振蕩管在制冷性能提升以及等熵制冷效率波動(dòng)變化方面的表現(xiàn)。在制冷性能提升方面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對(duì)沖型均直振蕩管的等熵制冷效率相較于傳統(tǒng)均直振蕩管有顯著提高，提高幅度可達(dá)5％左右。這一提升主要得益于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)沖型均直振蕩管實(shí)現(xiàn)了激波在兩管連通處的相交透射，這種波系的相互作用加強(qiáng)了管內(nèi)波系能量的消耗。當(dāng)兩束激波在連通處相交時(shí)，產(chǎn)生復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)，使得局部壓力和溫度發(fā)生劇烈變化，引起振蕩管管壁溫度上升。管壁溫度的升高促進(jìn)了管內(nèi)氣體與管壁之間的熱量傳遞，使氣體的能量能夠更有效地外輸耗散，從而提高了制冷效率。與傳統(tǒng)均直振蕩管相比，對(duì)沖型均直振蕩管在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，能夠?qū)⒏嗟臍怏w壓力能轉(zhuǎn)化為冷量，實(shí)現(xiàn)更高效的制冷。在等熵制冷效率波動(dòng)變化方面，對(duì)沖型均直振蕩管的等熵制冷效率波動(dòng)范圍略有降低。傳統(tǒng)均直振蕩管的等熵制冷效率隨射流頻率變化而大幅波動(dòng)，這嚴(yán)重影響了氣波制冷機(jī)變工況工作的適應(yīng)能力。而對(duì)沖型均直振蕩管由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在一定程度上削弱了射流頻率等參數(shù)變化對(duì)制冷效率的影響。在兩管連通處，激波的相交透射過(guò)程使得管內(nèi)波系的能量分布更加均勻，減少了因參數(shù)變化導(dǎo)致的能量失衡，從而降低了等熵制冷效率的波動(dòng)。這使得對(duì)沖型均直振蕩管在不同的工況條件下，能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的制冷性能，提高了氣波制冷機(jī)對(duì)變工況工作的適應(yīng)能力。4.3波系運(yùn)動(dòng)特性利用高速紋影系統(tǒng)和數(shù)值模擬方法，對(duì)兩對(duì)沖型均直振蕩管內(nèi)波系運(yùn)動(dòng)差異展開研究，深入分析透射激波對(duì)制冷性能的影響。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)高速紋影系統(tǒng)，對(duì)不同工況下對(duì)沖型均直振蕩管內(nèi)的波系運(yùn)動(dòng)進(jìn)行可視化觀測(cè)，詳細(xì)記錄激波、膨脹波的傳播速度、反射和透射情況。在數(shù)值模擬中，運(yùn)用已建立的數(shù)值模型，對(duì)波系運(yùn)動(dòng)進(jìn)行精確模擬，分析波系運(yùn)動(dòng)對(duì)管內(nèi)氣體能量分布和制冷性能的影響。實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果顯示，兩對(duì)沖型均直振蕩管內(nèi)波系運(yùn)動(dòng)存在明顯差異。當(dāng)高壓氣體從氣體分配器的噴嘴射入其中一根振蕩管后，在管內(nèi)形成的激波和膨脹波傳播到兩管連通處時(shí)，會(huì)發(fā)生相交透射現(xiàn)象。由于兩管內(nèi)氣體的初始狀態(tài)和波系傳播路徑的不同，導(dǎo)致波系在兩管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)特性存在差異。在一根振蕩管內(nèi)，激波可能傳播得更快，強(qiáng)度更大，而在另一根振蕩管內(nèi)，膨脹波可能對(duì)氣體的制冷效果更為顯著。這種波系運(yùn)動(dòng)的差異，會(huì)影響管內(nèi)氣體的能量分布和制冷性能。透射激波對(duì)制冷性能有著重要影響。當(dāng)來(lái)自于第一振蕩管的透射激波到達(dá)第二振蕩管入口時(shí)，會(huì)與第二振蕩管內(nèi)的波系相互作用。如果透射激波的強(qiáng)度和相位合適，能夠加強(qiáng)第二振蕩管內(nèi)的波系能量消耗，促進(jìn)管內(nèi)氣體與管壁之間的熱量傳遞，提高制冷效率。但如果透射激波的強(qiáng)度過(guò)大或相位不合適，可能會(huì)干擾第二振蕩管內(nèi)的波系運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致能量損失增加，降低制冷效率。例如，在某些工況下，透射激波與第二振蕩管內(nèi)的膨脹波相互抵消，使得氣體無(wú)法充分膨脹制冷，從而降低了制冷性能。通過(guò)優(yōu)化振蕩管的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作參數(shù)，可以調(diào)整波系運(yùn)動(dòng)特性，提高制冷性能。合理設(shè)計(jì)兩管連通處的結(jié)構(gòu)，如連通角度、連通面積等，可以改善波系的相交透射效果，使激波和膨脹波能夠更有效地相互作用，提高能量利用效率。調(diào)整氣體的射入頻率、膨脹比等工作參數(shù)，也能夠優(yōu)化波系運(yùn)動(dòng)，使管內(nèi)氣體的能量分布更加合理，提高制冷效率。通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)連通角度為某一特定值，且氣體射入頻率和膨脹比處于合適范圍時(shí)，對(duì)沖型均直振蕩管的制冷性能最佳。4.4壁溫分布特征通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬計(jì)算，深入分析對(duì)沖型均直振蕩管在不同工況下的壁溫分布特征，探討其與傳統(tǒng)均直振蕩管壁溫分布的差異。在實(shí)驗(yàn)中，沿對(duì)沖型均直振蕩管的軸向和周向布置多個(gè)高精度溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管壁溫度的變化。在數(shù)值模擬中，利用建立的數(shù)值模型，精確計(jì)算管內(nèi)氣體與管壁之間的傳熱過(guò)程，獲取壁溫分布數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，對(duì)沖型均直振蕩管的壁溫分布與傳統(tǒng)均直振蕩管存在明顯差異。在對(duì)沖型均直振蕩管的兩管連通處，壁溫顯著升高，這是由于激波在連通處相交透射，產(chǎn)生復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致局部壓力和溫度劇烈變化，使得管壁溫度大幅上升。在連通處附近，管壁溫度比傳統(tǒng)均直振蕩管相應(yīng)位置高出[X]℃左右，這表明對(duì)沖型均直振蕩管在連通處能夠更有效地促進(jìn)氣體能量的外輸耗散。在振蕩管的其他部分，壁溫分布也呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)均直振蕩管不同的規(guī)律。由于對(duì)沖型均直振蕩管內(nèi)波系運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性，壁溫分布不再是簡(jiǎn)單的沿管長(zhǎng)先上升后下降，而是在不同位置出現(xiàn)了溫度的波動(dòng)和變化，這反映了管內(nèi)氣體能量交換的不均勻性。這種壁溫分布特征對(duì)管長(zhǎng)利用率和能量耗散有著重要影響。連通處壁溫的升高，表明該區(qū)域的能量交換更加活躍，有效提高了振蕩管的管長(zhǎng)利用率。傳統(tǒng)均直振蕩管中利用率較低的管段，在對(duì)沖型均直振蕩管中得到了更充分的利用，減少了管材的浪費(fèi)。壁溫的升高也促進(jìn)了管內(nèi)氣體與管壁之間的熱量傳遞，使氣體的能量能夠更有效地外輸耗散，提高了制冷效率。通過(guò)加強(qiáng)連通處的散熱措施，可以進(jìn)一步增強(qiáng)能量耗散效果，提高制冷性能。五、對(duì)沖阻尼型振蕩管性能解析5.1結(jié)構(gòu)創(chuàng)新點(diǎn)對(duì)沖阻尼型振蕩管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)具匠心，是在對(duì)沖型均直振蕩管的基礎(chǔ)上，結(jié)合突擴(kuò)結(jié)構(gòu)——激波吸收腔的原理進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)的成果。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)靈感源于對(duì)振蕩管內(nèi)波系運(yùn)動(dòng)和能量耗散的深入研究，旨在進(jìn)一步削弱反射激波的影響，提高振蕩管的制冷性能。從結(jié)構(gòu)組成來(lái)看，對(duì)沖阻尼型振蕩管由兩根均直振蕩管在一端相互連通，在連通處的末端連接一個(gè)突擴(kuò)結(jié)構(gòu)的激波吸收腔。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得振蕩管在工作過(guò)程中，當(dāng)入射激波傳播到兩管連通處時(shí)，一部分能量會(huì)被突擴(kuò)結(jié)構(gòu)的激波吸收腔所吸收。激波吸收腔的突擴(kuò)結(jié)構(gòu)能夠使入射激波在腔內(nèi)發(fā)生膨脹，產(chǎn)生膨脹波返回管內(nèi)。膨脹波與反射激波相互作用，將反射激波的能量進(jìn)行消耗和轉(zhuǎn)化，從而有效地削弱了反射激波的強(qiáng)度。與傳統(tǒng)的一端封閉均直振蕩管相比，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠避免反射激波對(duì)已制冷氣體的壓縮，減少了能量損失，提高了制冷效率。在傳統(tǒng)均直振蕩管中，反射激波在振蕩管封閉端產(chǎn)生后，會(huì)返回管內(nèi)，對(duì)已制冷的氣體進(jìn)行壓縮，使其壓力和溫度升高，降低了制冷效果。而對(duì)沖阻尼型振蕩管的突擴(kuò)結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑷肷浼げǚ瓷浠嘏蛎洸?，消除了反射激波?duì)振蕩管制冷性能的不利影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)能夠使振蕩管的等熵制冷效率提高可達(dá)15％左右，與對(duì)沖型均直振蕩管相比，進(jìn)一步提升了制冷性能。突擴(kuò)結(jié)構(gòu)的存在，還能夠使振蕩管內(nèi)的波系運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定，減少了波系之間的干擾，有利于提高氣波機(jī)的變工況工作適應(yīng)能力。5.2制冷性能優(yōu)勢(shì)與傳統(tǒng)均直振蕩管相比，對(duì)沖阻尼型振蕩管在制冷性能方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。在制冷效率提升方面，對(duì)沖阻尼型振蕩管的等熵制冷效率相較于傳統(tǒng)均直振蕩管有大幅提高，提高幅度可達(dá)15％左右。這主要得益于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?qū)⑷肷浼げǚ瓷浠嘏蛎洸?，有效消除反射激波?duì)振蕩管制冷性能的不利影響。在傳統(tǒng)均直振蕩管中，反射激波會(huì)壓縮已制冷氣體，導(dǎo)致能量損失，降低制冷效率。而對(duì)沖阻尼型振蕩管通過(guò)突擴(kuò)結(jié)構(gòu)的激波吸收腔，將反射激波的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化和消耗，減少了能量損失，從而提高了制冷效率。在某一特定工況下，傳統(tǒng)均直振蕩管的等熵制冷效率為[X]，而對(duì)沖阻尼型振蕩管的等熵制冷效率可達(dá)到[X+15%X]，制冷效率得到了顯著提升。在變工況適應(yīng)能力方面，對(duì)沖阻尼型振蕩管也表現(xiàn)出色。其等熵制冷效率曲線變得較平坦，能夠提高氣波機(jī)的變工況工作適應(yīng)能力。傳統(tǒng)均直振蕩管的等熵制冷效率隨射流頻率等參數(shù)變化而大幅波動(dòng)，在不同工況下制冷性能不穩(wěn)定。而對(duì)沖阻尼型振蕩管由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能夠在一定程度上削弱參數(shù)變化對(duì)制冷效率的影響。在射流頻率發(fā)生變化時(shí)，對(duì)沖阻尼型振蕩管的等熵制冷效率波動(dòng)較小，能夠保持相對(duì)穩(wěn)定的制冷性能。這使得氣波制冷機(jī)在不同的工況條件下，如氣體流量、壓力等發(fā)生變化時(shí)，仍能高效穩(wěn)定地運(yùn)行，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。5.3波系運(yùn)動(dòng)機(jī)制在對(duì)沖阻尼型振蕩管內(nèi)，波系運(yùn)動(dòng)機(jī)制與傳統(tǒng)振蕩管和對(duì)沖型均直振蕩管存在顯著差異。當(dāng)高壓氣體從氣體分配器的噴嘴射入振蕩管后，在管內(nèi)形成入射激波。入射激波以超音速傳播，使氣體的壓力、溫度和密度急劇升高。在傳統(tǒng)均直振蕩管中，入射激波傳播到封閉端時(shí)會(huì)發(fā)生反射，反射激波返回管內(nèi)，對(duì)已制冷氣體進(jìn)行壓縮，降低制冷效率。而在對(duì)沖阻尼型振蕩管中，當(dāng)入射激波傳播到兩管連通處的突擴(kuò)結(jié)構(gòu)——激波吸收腔時(shí)，會(huì)發(fā)生特殊的波系轉(zhuǎn)換。入射激波在突擴(kuò)結(jié)構(gòu)內(nèi)發(fā)生膨脹，產(chǎn)生膨脹波返回管內(nèi)。膨脹波的傳播速度等于聲速，其傳播過(guò)程使得氣體的壓力、溫度和密度降低。膨脹波與反射激波相互作用，將反射激波的能量進(jìn)行消耗和轉(zhuǎn)化，從而有效地削弱了反射激波的強(qiáng)度。這種波系運(yùn)動(dòng)機(jī)制的優(yōu)勢(shì)在于，避免了反射激波對(duì)已制冷氣體的不利影響，提高了制冷效率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和數(shù)值模擬可以清晰地看到，在對(duì)沖阻尼型振蕩管中，反射激波的強(qiáng)度明顯減弱，管內(nèi)氣體的能量分布更加合理，制冷效果得到顯著提升。在對(duì)沖阻尼型振蕩管內(nèi)，還存在著復(fù)雜的波系相交透射現(xiàn)象。當(dāng)來(lái)自不同振蕩管的激波在連通處相遇時(shí)，會(huì)發(fā)生相交透射，產(chǎn)生復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)。這種波系的相互作用，進(jìn)一步加強(qiáng)了管內(nèi)波系能量的消耗，促進(jìn)了管內(nèi)氣體與管壁之間的熱量傳遞。通過(guò)優(yōu)化振蕩管的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如連通處的形狀、突擴(kuò)結(jié)構(gòu)的尺寸等，可以調(diào)整波系運(yùn)動(dòng)機(jī)制，使激波和膨脹波能夠更有效地相互作用，提高能量利用效率。例如，當(dāng)連通處的形狀設(shè)計(jì)為特定的曲線形狀時(shí)，能夠更好地引導(dǎo)波系的傳播，增強(qiáng)波系的相互作用，從而提高制冷性能。5.4壁溫分布規(guī)律通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)不同工況下對(duì)沖阻尼型振蕩管的壁溫分布規(guī)律展開深入分析。在實(shí)驗(yàn)中，沿對(duì)沖阻尼型振蕩管的軸向和周向布置多個(gè)高精度溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管壁溫度的變化。在數(shù)值模擬中，利用建立的數(shù)值模型，精確計(jì)算管內(nèi)氣體與管壁之間的傳熱過(guò)程，獲取壁溫分布數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，在對(duì)沖阻尼型振蕩管的兩管連通處和突擴(kuò)結(jié)構(gòu)的激波吸收腔附近，壁溫顯著升高。在兩管連通處，由于激波的相交透射，產(chǎn)生復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致局部壓力和溫度劇烈變化，使得管壁溫度大幅上升，此處壁溫比傳統(tǒng)均直振蕩管相應(yīng)位置高出[X]℃左右。在突擴(kuò)結(jié)構(gòu)的激波吸收腔附近，入射激波在腔內(nèi)發(fā)生膨脹，產(chǎn)生膨脹波返回管內(nèi)，這一過(guò)程也會(huì)導(dǎo)致壁溫升高。在振蕩管的其他部分，壁溫分布呈現(xiàn)出與傳統(tǒng)均直振蕩管和對(duì)沖型均直振蕩管不同的規(guī)律。由于突擴(kuò)結(jié)構(gòu)的存在，改變了管內(nèi)波系的傳播和能量分布，使得壁溫分布在不同位置出現(xiàn)了更為復(fù)雜的波動(dòng)和變化。這種壁溫分布規(guī)律對(duì)管長(zhǎng)利用率和能量耗散有著重要影響。連通處和激波吸收腔附近壁溫的升高，表明這些區(qū)域的能量交換更加活躍，有效提高了振蕩管的管長(zhǎng)利用率。在傳統(tǒng)均直振蕩管中利用率較低的管段，在對(duì)沖阻尼型振蕩管中得到了更充分的利用，減少了管材的浪費(fèi)。壁溫的升高也促進(jìn)了管內(nèi)氣體與管壁之間的熱量傳遞，使氣體的能量能夠更有效地外輸耗散，提高了制冷效率。在高效制冷的情況下，由于管內(nèi)能量交換更加充分，管長(zhǎng)利用率提高，所需的管長(zhǎng)大幅減小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)均直振蕩管相比，對(duì)沖阻尼型振蕩管在保證較高等熵制冷效率的情況下，管長(zhǎng)可減小[X]%左右，從而縮小了氣波制冷機(jī)的體積，降低了設(shè)備成本。六、影響對(duì)沖阻尼型振蕩管性能的因素分析6.1操作參數(shù)影響操作參數(shù)對(duì)振蕩管性能影響顯著，其中膨脹比、出口壓力和射流頻率的作用尤為關(guān)鍵。膨脹比是高壓氣體膨脹前后壓力的比值，它直接決定了氣體在振蕩管內(nèi)的膨脹程度，進(jìn)而影響制冷效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)膨脹比增大時(shí)，氣體膨脹更充分，壓力能轉(zhuǎn)化為冷量的程度更高，制冷量和等熵制冷效率隨之提高。當(dāng)膨脹比超過(guò)一定值后，制冷量和等熵制冷效率的增長(zhǎng)趨勢(shì)逐漸變緩。這是因?yàn)榕蛎洷冗^(guò)大時(shí)，激波強(qiáng)度過(guò)大，導(dǎo)致能量損失增加，抵消了部分因膨脹比增大帶來(lái)的制冷性能提升。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體工況，選擇合適的膨脹比，以實(shí)現(xiàn)最佳的制冷性能。出口壓力作為振蕩管工作的重要參數(shù)，對(duì)制冷性能有著直接影響。出口壓力越低，振蕩管內(nèi)氣體與出口環(huán)境之間的壓力差越大，氣體排出振蕩管的速度越快，有利于制冷過(guò)程的進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)逐漸降低出口壓力時(shí)，制冷量和等熵制冷效率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。但出口壓力過(guò)低也會(huì)帶來(lái)一些問題，如氣體流速過(guò)快可能導(dǎo)致流動(dòng)不穩(wěn)定，增加能量損失，還可能對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行造成威脅。在實(shí)際操作中，需要在保證制冷性能的前提下，合理控制出口壓力，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。射流頻率是指氣體射入振蕩管的頻率，它對(duì)振蕩管性能的影響較為復(fù)雜。隨著射流頻率的增加，氣體射入振蕩管的次數(shù)增多，管內(nèi)波系運(yùn)動(dòng)更加頻繁，能量交換也更加充分，這在一定程度上有利于提高制冷量和等熵制冷效率。當(dāng)射流頻率過(guò)高時(shí)，管內(nèi)氣體流動(dòng)變得不穩(wěn)定，可能會(huì)引發(fā)激波的不規(guī)則反射和干擾，導(dǎo)致能量損失增加，制冷性能反而下降。存在一個(gè)最優(yōu)的射流頻率范圍，在此范圍內(nèi)，振蕩管能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的制冷性能。在實(shí)際應(yīng)用中，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬，確定不同工況下的最優(yōu)射流頻率，以提高氣波制冷機(jī)的性能。6.2結(jié)構(gòu)參數(shù)影響噴嘴寬徑比、射流角度、振蕩管管長(zhǎng)等結(jié)構(gòu)參數(shù)，對(duì)振蕩管性能有著顯著影響。噴嘴寬徑比是指噴嘴出口寬度與直徑的比值，它會(huì)影響氣體射入振蕩管的速度和流量分布。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)噴嘴寬徑比增大時(shí)，氣體射入振蕩管的速度分布更加均勻，有利于提高管內(nèi)波系運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，從而提高制冷量和等熵制冷效率。但噴嘴寬徑比過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致氣體流量過(guò)大，使管內(nèi)氣體流動(dòng)過(guò)于劇烈，增加能量損失，反而降低制冷性能。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)具體工況，選擇合適的噴嘴寬徑比，以優(yōu)化振蕩管的性能。噴嘴射流角度是氣體射入振蕩管的角度，它對(duì)振蕩管性能的影響也不容忽視。不同的射流角度會(huì)改變氣體在振蕩管內(nèi)的初始運(yùn)動(dòng)方向和能量分布，進(jìn)而影響波系運(yùn)動(dòng)和制冷性能。當(dāng)射流角度較小時(shí)，氣體射入振蕩管后，與管壁的碰撞次數(shù)較多，能量損失較大，制冷效率較低。隨著射流角度的增大，氣體在管內(nèi)的運(yùn)動(dòng)更加順暢，能量損失減小，制冷效率有所提高。但射流角度過(guò)大時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致氣體在管內(nèi)的分布不均勻，影響波系的正常傳播，降低制冷性能。存在一個(gè)最優(yōu)的射流角度范圍，在此范圍內(nèi)，振蕩管