渦流管(Vortex Tube)理論 The Theory of the Vortex Tube

渦流管(Vortex Tube)理論 The Theory of the Vortex Tube

關於渦流管(Vortex Tube)的動力學及工作原理有很多理論。許多研究生將它們作1945 when Rudolph Hilsch, a German physicist, published a widely read paper on the device.為研究要求的一部分。
渦流管(Vortex Tube)是由法國物理系學生喬治蘭克(George Ranque)於1928年偶然發明的。他正在用他開發的渦旋式泵浦進行實驗,並注意到一端排出的暖空氣和另一端的冷空氣!喬治蘭克(George Ranque)迅速停止了對泵浦的工作,並設立了一家公司,利用這種奇特的小型設備的商業可能性,它產生熱空氣和冷空氣,僅使用壓縮空氣,沒有活動零件。該公司沒有成功,渦流管(Vortex Tube)已經被遺忘,直到1945年德國物理學家魯道夫·希爾施(Rudolph Hilsch)在該設備上發表了一篇廣泛閱讀的渦流管(Vortex Tube)論文。
渦流管(Vortex Tube)使用壓縮空氣作為動力源,沒有活動零件,從一端產生熱空氣,從另一端產生冷空氣。兩個氣流的體積和溫度可透過內置熱空氣排氣端中的閥門進行調節。溫度可低至-50°F(-46°C),最高溫度可達260°F(127°C)。
這是一個廣泛接受的物理學和渦流管(Vortex Tube)現象的解釋

壓縮空氣供給渦流管並透過噴嘴與內部平底沉孔(1)相切。當空氣通過時,它以高達1,000,000 rpm的速度旋轉成螺旋形渦旋運動(2)。旋轉的空氣流以旋轉殼的形式沿著熱氣管向下流動,如龍捲風(紅色)。熱氣末端的控制閥(4)允許一些熱空氣氣流排出(6)沒有排出的氣流並且以反轉方向並且作為第二渦旋氣流(藍色),它在較大的低壓區域的渦旋暖氣流內朝管道向下返回。內部渦流失去熱量並作為冷空氣從另一端排出(5)。
一般認為熱空氣流和冷空氣流以相同的角速度在相同的方向上旋轉,即使它們沿相反的方向行進。內部氣流中的空氣顆粒在與外部氣流中的空氣顆粒相同在相同時間內完成一次旋轉。角動量守恆原理可以說內旋渦氣流的旋轉速度應該增加,因為旋轉粒子的角動量(L)等於旋轉半徑(r)乘以其質量(m)乘以速度(v)。 L = r•m•v。當空氣粒子從外部流動到內部流動時,其半徑(r)和速度(v)都減小,導致角動量更小。為了維持系統的能量平衡,從內部流中損失的能量被外部流作為熱量吸收。因此,外部渦流變熱並且內部渦流被冷卻。
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