新型高效中部阻波腔式气波管性能研究

气波制冷机气波管内的运动激波,在管内封闭末端将反射回行。若反射激波回到气波管开口端,会加热已膨胀制冷的开口端气体,严重降低制冷效率。考察分析已有高效的末端吸收腔式气波管,其衰减和阻止反射激波的效果还不理想,因此提出了一种中部阻波腔式气波管结构。通过对管内运动波系的对比分析,揭示了该中部阻波腔的综合作用机理:不只是对反射激波进行阻减,还能将其重新折回气波管后段,且将部分入射激波反射成膨胀波,与逃出阻波腔的反射激波相抵消,共同遏制反射激波回到气波管开口。CFD数值模拟表明,与已有广泛应用的末端吸收腔式气波管相比,新型气波管可使高于第二高效注气频率对应的制冷效率相对提升7%~11%,波谷提升约18%,使制冷效率曲线趋于平坦;而将中部阻波腔与已有的末端吸收腔共用,组成双腔式气波管,还能使低、中频注气时的制冷效率相对提高6%~8%,效率曲线更平。又以单管模型机实验测量对比三种型式气波管的制冷效率,证明了新型气波管的高效和效率曲线的平坦性能;实验三种气波管制冷效率幅度的差别和趋势,以及效率峰值、谷点所对应的注气频率,都与模拟结果相符。