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涡流管是一种将高压流体同时分离为冷热两种流体的能量分离装置，其结构简单、性能可靠，具有其他装置所不具备的特点，在工业和科研领域得到了一定范围的应用。但是，由于涡流管本身作为制冷制热机械效率较低，很难与现有的空调、冰箱等传统系统相比，使得其应用具有很大的局限性。近年来，陆续有学者提出将涡流管应用于常规制冷系统中，以取代传统的毛细管和节流阀等部件，以提高制冷系统的效率。但是我们发现，在涡流管的研究中，绝大多数研究人员仅仅对流量较大的中大型涡流管进行了理论和实验研究，而对应用与传统制冷系统所需要的流量较小的小型涡流管的研究非常之少。同时，在闭式循环系统的涡流管的特性也是涡流管研究的盲区。
在这种背景，本文对涡流管的热力学特性进行了分析，并运用商用CFD软件对涡流管的内部流场进行了部分研究工作，然后针对性的对小流量涡流管进行了结构、性能、特性等方面的系统研究，指出了涡流管在传统制冷系统中的应用方向和应用前景。本文的工作主要包括如下几个部分：
1.涡流管简介与评述
系统得整理并归纳了涡流管的研究成果、发展概况和研究前景，指出当前涡流管研究中存在的问题，并对现在的热点研究问题进行评述，指出了涡流管研究的发展方向。
2.涡流管的热力学分析
应用热力学第一、第二定律对涡流管进行了热力学分析，并在T-s图上对涡流管过程进行了阐述。应用热力学分析模型，对建立了涡流管的温度模型和压力模型。基于实验研究，根据能量平衡和摩擦损失总结出了涡流管的性能经验模型，并与实验结果进行了对比。
3.Ranque-Hilsch效应的数值研究运用商用CFD软件，对涡流管进行了二维数值研究。通过对冷流分量为零的冷端封闭型特殊涡流管内部流场的数值分析与实验对比，比较了三种湍流模型和修正湍流模型对涡流管流场的模拟。同时，采用经过验证后的修正湍流模型，对常规涡流管进行了数值研究，分别对涡流管内部流体的温度场、压力场和速度场进行了分析，并验证了文献中的原理依据。最后，运用数值模型对影响涡流管性能的部分几何物理参数进行了分析，指出了涡流管性能优化的方向。
4.小流量涡流管的实验研究
本文对小流量涡流管进行了理论与实验并行指导下的结构研究，并给出了涡流管设计的基本思路和经验公式。设计并制作了适用于传统制冷系统的小流量紧凑涡流管，并通过实验对涡流管的几何结构进行了优化。搭建了常温开放式涡流管性能综合实验台，对小流量涡流管的压力、流量、温度等特性进行了系列研究；搭建了小流量涡流管闭式循环系统，对小流量涡流管进行了常温和低温下的特性研究，并对整个系统的压力特性、温度效率等进行了分析，为将小流量涡流管应用于制冷系统奠定基础。
5.涡流管在传统制冷系统中的应用分析
将涡流管过程与和其类似的节流阀、膨胀机等气体膨胀过程进行了对比，在h-s图上分别进行了热力学过程阐述，并从熵变的角度出发对涡流管和节流阀进行了不可逆损失的对照。讨论了涡流管在传统制冷系统中应用的可行性，指出了涡流管取代传统节流元件的技术问题，并分析了应用前景。
本文对涡流管的研究工作，抛弃了传统的简单程序化的性能研究，而进行了针对性的设计、研究、实验工作，独到得对小流量涡流管这一具有潜在应用价值的特殊部件进行了研究，对于将来涡流管应用于传统制冷系统具有一定的指导意义，并将推动涡流管这种奇特装置新的发展。同时，本文运用CFD工具对涡流管的研究工作在温度场方面的研究上取得了一定进展，为用数值模拟来部分取代传统的性能实验开创了新的途径。