渦流管冷凍系統(tǒng)(Vortex tube Refrigeration System)
渦流管冷凍系統(tǒng)是利用壓縮空氣在渦流管(Vortex tube)內(nèi)急速旋轉(zhuǎn)膨脹,產(chǎn)生低溫的一種很趣的冷凍系統(tǒng)。如圖所示,B容器中盛裝的壓縮空氣,經(jīng)C連接管沿切線的方向噴入渦流管D中,則空氣在渦流管中形成急速渦流旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。渦流管D一般均為垂直裝置,上端開口,下端封閉,在封閉的中心僅開一小孔,由小管E連接至冷凍空間F,中心旋轉(zhuǎn)的高速氣體自小管E流出,外圍旋轉(zhuǎn)的較低速氣體則自上端開口排出,由上端開口排出的氣體為熱空氣,而經(jīng)下端小管E流出的氣體則為冷空氣。渦流管D之開口端與小管E之壓力均在大氣壓力情況下或近于大氣壓力,故高壓空氣因急速渦流旋轉(zhuǎn)膨脹而產(chǎn)生冷卻效應的裝置稱為渦流管冷凍系統(tǒng)。
渦流管冷凍產(chǎn)生的原理:
1、因空氣由高壓進入,在大氣壓力下渦流管急速膨脹造成吸熱而本身溫度劇降。
2、旋轉(zhuǎn)空氣愈近管中心,速度愈高,而其角力鉅(Angular monentum)愈大,故因急速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機械能消耗了本身的內(nèi)能,因而本身降低溫度。
3、內(nèi)面旋轉(zhuǎn)的空氣,因轉(zhuǎn)速愈快,體積愈小,分子摩擦熱愈大,相反外層產(chǎn)生熱愈小,根據(jù)熱力學第二定律:熱由高溫度傳向低溫度,故內(nèi)層空氣的熱不斷傳向外層,故內(nèi)部空氣的熱能陸續(xù)降低,以致從下端流出后,因內(nèi)能較低,故溫度降低。
4、熱氣上升,冷氣下降,故較高溫度之空氣由上端排出,較低溫度之空氣由下端流出。
如下端E管流出之空氣體積為進入C端之壓縮空氣體積之3/4時,E管流出之空氣溫度可較進入之壓縮空氣溫度降低60°F,而上端排出之空氣溫度較進入之壓縮空氣溫度升高165°F;若E=1/4C時,E管溫度可降低100°F,而D上端排出之空氣將升高30°F。
渦流管冷凍系統(tǒng)為1962年后開始應用的一種新型冷凍系統(tǒng),因無活動部分,故障較少,可應用于放冷藏、冷氣等場所;尤其是特別適用于同時需要冷卻與全部新鮮空氣的場所,如礦坑、醫(yī)院……等。
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