陈玉平，仲梁维

（200093 上海市 上海理工大学 机械工程学院）

0 引言

涡流管是一种结构简单、无运动部件的能量分离装置。涡流管主要由喷嘴、涡流室、分离孔板和冷热两端管组成，工作时常温高压气体通过喷嘴喷入涡流管后，分成两股温度不同的低压气体。涡流管广泛应用于制冷、制热、分离等领域[1-2]。

经过近百年的研究与探索，涡流管应用技术得到了长足的发展，但是其内部能量分离机理尚未统一，有较大争议，这主要有2 个原因：一是涡流管内部流场复杂，从原理上无法得到其结构参数变化所带来的性能影响；二是研究者研究的涡流管应用场所和条件不同，导致结论不一致[3]。许多学者试图通过三维数值模拟来揭示分离机理并对涡流管进行结构优化，曹勇[4]等通过数值模拟深入研究了涡流管内部流场和温度场的分布；何丽娟[5-7]等进行了包括冷孔板直径、热端管长度、喷嘴流道数等对涡流管内部压力场的影响。但是目前为止，针对冷端扩压管锥角对涡流管性能影响的研究很少。

本文通过 Fluent 软件，以锥角0°，5°，10°，15°，20°的直流喷嘴涡流管为研究对象，建立三维模型，通过数值模拟将结果进行对比，分析冷端扩压管锥角对涡流管性能的影响。

1 涡流管数值模拟

1.1 几何模型及网格划分

图1 为四流道锥角0°涡流管的几何模型，其几何参数为：喷嘴矩形边长2 mm，热端管直径10 mm，热端管长度为100 mm；冷孔板直径为5 mm，长度为15 mm；扩压管锥角分别为0°，5°，10°，15°，20°；热端调节阀前端直径为5 mm，后端直径为8 mm，长度为4 mm。……