涡流管冷冻系统(Vortex tube Refrigeration System)
涡流管冷冻系统是利用压缩空气在涡流管(Vortex tube)内急速旋转膨胀,产生低温的一种很趣的冷冻系统。如图所示,B容器中盛装的压缩空气,经C连接管沿切线的方向喷入涡流管D中,则空气在涡流管中形成急速涡流旋转状态。涡流管D一般均为垂直装置,上端开口,下端封闭,在封闭的中心仅开一小孔,由小管E连接至冷冻空间F,中心旋转的高速气体自小管E流出,外围旋转的较低速气体则自上端开口排出,由上端开口排出的气体为热空气,而经下端小管E流出的气体则为冷空气。涡流管D之开口端与小管E之压力均在大气压力情况下或近于大气压力,故高压空气因急速涡流旋转膨胀而产生冷却效应的装置称为涡流管冷冻系统。
涡流管冷冻产生的原理:
1、因空气由高压进入,在大气压力下涡流管急速膨胀造成吸热而本身温度剧降。
2、旋转空气愈近管中心,速度愈高,而其角力钜(Angular monentum)愈大,故因急速旋转产生的机械能消耗了本身的内能,因而本身降低温度。
3、内面旋转的空气,因转速愈快,体积愈小,分子摩擦热愈大,相反外层产生热愈小,根据热力学第二定律:热由高温度传向低温度,故内层空气的热不断传向外层,故内部空气的热能陆续降低,以致从下端流出后,因内能较低,故温度降低。
4、热气上升,冷气下降,故较高温度之空气由上端排出,较低温度之空气由下端流出。
如下端E管流出之空气体积为进入C端之压缩空气体积之3/4时,E管流出之空气温度可较进入之压缩空气温度降低60°F,而上端排出之空气温度较进入之压缩空气温度升高165°F;若E=1/4C时,E管温度可降低100°F,而D上端排出之空气将升高30°F。
涡流管冷冻系统为1962年后开始应用的一种新型冷冻系统,因无活动部分,故障较少,可应用于放冷藏、冷气等场所;尤其是特别适用于同时需要冷却与全部新鲜空气的场所,如矿坑、医院……等。
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