阅读说明：本技术 多流道喷嘴及涡流管 (Multi-runner nozzle and vortex tube ) 是由 唐小毛 唐飞 王明俊 曹鹏飞 曾泽科 何烈 王武斌 龙群仙 唐续军 于 2020-06-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种多流道喷嘴及涡流管。一种多流道喷嘴,安装于涡流管中且与入口管连通,多流道喷嘴包括有涡流室和至少两流道,流道的出气口通过涡流室连通,流道包括有第一流道和第二流道,第一流道靠近入口管,第二流道远离入口管,第一流道的横截面积大于第二流道的横截面积。采用增大靠近气体入口处流道横截面积的方式,即第一流道的横截面积大于第二流道的横截面积,根据物理学原理,低速流体在经过横截面积增大的管道时其速度会降低,使得第一流道的气体速度下降,进而使从喷嘴的各个流道进入涡流室中气体速度保持一致,有利于涡流体的产生,从而提高涡流管的制冷效率。(The invention discloses a multi-runner nozzle and a vortex tube. A multi-channel nozzle is arranged in a vortex tube and communicated with an inlet tube, and comprises a vortex chamber and at least two channels, wherein air outlets of the channels are communicated through the vortex chamber, the channels comprise a first channel and a second channel, the first channel is close to the inlet tube, the second channel is far away from the inlet tube, and the cross sectional area of the first channel is larger than that of the second channel. The cross-sectional area of the flow channel close to the gas inlet is increased, namely the cross-sectional area of the first flow channel is larger than that of the second flow channel, according to the principle of physics, the speed of low-speed fluid is reduced when the low-speed fluid passes through the pipeline with the increased cross-sectional area, so that the gas speed of the first flow channel is reduced, the gas speed of each flow channel of the nozzle entering the vortex chamber is kept consistent, the generation of vortex fluid is facilitated, and the refrigeration efficiency of the vortex tube is improved.)

多流道喷嘴及涡流管

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，特别是指一种多流道喷嘴及涡流管。

背景技术

涡流管是一种结构简单的能量分离装置，能在有压差的情况下将气体分离为冷、热两种气流。涡流管目前主要应用于制冷领域，尽管涡流管有结构简单，无运动部件、免维护等诸多优点，但是由于其制冷效率远低于现在市场上主流的蒸气压缩制冷方式而使用受到限制。

喷嘴是涡流管的核心部件，其作用是将一定压力气体导入涡流室进而转变成涡流体（旋转的气体）。它的结构形式对涡流管制冷效率起着至关重要的作用。其中一方面，我们从喷嘴的流道线型对其进行改善，喷嘴的流道线型有直线矩形、圆弧型、阿基米德线型等，具体结构可参见授权公告号 CN 102003825 B的附图1和附图2，以及公开号CN 1687673A的附图1和附图2。

很多资料显示阿基米德线型流道的喷嘴效率最高。但是，阿基米德线型流道的喷嘴加工困难，生产成本高，不利于工业大规模生产。

其次，对于多流道的喷嘴而言，尽管有配气室（涡流管入口和涡流发生室之间的圆环体）的存在能够一定程度让气体较为均匀的进入涡流室，但是靠近气体入口处的喷嘴流道还是会因为物理位置靠近的原因，进入时的气体速度会比远离入口喷嘴流道的气体速度要大，不利于涡流体的产生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是根据上述现有技术的不足，提出一种多流道喷嘴及涡流管，解决了多流道气体速度不均匀和生产成本高的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

多流道喷嘴，安装于涡流管中且与入口管连通，所述多流道喷嘴包括有涡流室和至少两流道，所述流道的出气口通过涡流室连通，所述流道包括有第一流道和第二流道，所述第一流道靠近所述入口管，所述第二流道远离所述入口管，所述第一流道的横截面积大于所述第二流道的横截面积。

进一步地，所述流道为直线矩形流道，所述直线矩形流道的横截面包括有内边界线和外边界线，所述涡流室的横截面包括有内圆周线和外圆周线，所述外边界线与外圆周线相切。

进一步地，所述内边界线和外边界线相互平行。

进一步地，所述第一流道中，内边界线和外边界线之间的直线距离为a；所述第二流道中，内边界线和外边界线之间的直线距离为b；a＞b。

进一步地，所述流道为圆弧型流道或阿基米德线型流道。

进一步地，至少两所述流道以涡流室中心为圆心呈圆周阵列分布。

一种涡流管，包括有依次连通的冷端压盖、如上所述多流道喷嘴、热端管、阻涡器、连接管以及消音器；还包括入口管，所述入口管与所述多流道喷嘴连通；压缩空气从所述入口管进入，经过内部涡流转换，从所述冷端压盖出来冷空气，从消音器出来热空气。

采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：

（1）采用增大靠近气体入口处流道横截面积的方式，即第一流道的横截面积大于第二流道的横截面积，根据物理学原理，低速流体在经过横截面积增大的管道时其速度会降低，使得第一流道的气体速度下降，进而使从喷嘴的各个流道进入涡流室中气体速度保持一致，有利于涡流体的产生，从而提高涡流管的制冷效率。

（2）在实现提高涡流管制冷效率情况下，采用直线矩形流道，便于工业大规模生产，有利于提高生产效率，降低涡流管成本，提高本产品在市场上竞争力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为第一实施例多流道喷嘴的剖视图。

图2为图1上A-A的剖视图。

图3是第一实施例多流道喷嘴的立体图。

图4为第二实施例涡流管的剖视图。

图5为对比例涡流管中多流道喷嘴的剖视图。

图6为仿真实验下第二实施例和对比例工况图。

图中，10-涡流室，20-流道，21-第一流道，22-第二流道，M-内边界线，N-外边界线，P-内圆周线，Q-外圆周线，1-冷端压盖，2-多流道喷嘴，3-热端管，4-阻涡器，5-连接管，6-消音器，7-入口管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1~3所示，在本发明提供的第一实施例，一种多流道喷嘴，安装于涡流管中且与入口管连通，多流道喷嘴2包括有涡流室10和六流道20，流道20的出气口通过涡流室10连通。

流道20包括有第一流道21和第二流道22，第一流道21靠近入口管，第二流道22远离入口管，第一流道21的横截面积大于第二流道22的横截面积。第一实施例中：第一流道21数量为二且位于多流道喷嘴2的顶部，第二流道22数量为四，六流道20以涡流室10中心为圆心呈圆周阵列分布；第一流道21的横截面积比第二流道22的横截面积大20%。

流道20为直线矩形流道20，直线矩形流道20的横截面包括有内边界线M和外边界线N，涡流室10的横截面包括有内圆周线P和外圆周线Q，外边界线N与外圆周线Q相切。

内边界线M和外边界线N相互平行。第一流道21中，内边界线M和外边界线N之间的直线距离为a；第二流道22中，内边界线M和外边界线N之间的直线距离为b；a＞b。第一实施例中：a=b*(1+20%)。

如图4所示，本发明提供的第二实施例，一种涡流管，包括有依次连通的冷端压盖1、如第一实施例所述多流道喷嘴2、热端管3、阻涡器4、连接管5以及消音器6；还包括入口管7，入口管7与多流道喷嘴2连通；压缩空气从入口管7进入，经过内部涡流转换，从冷端压盖1出来冷空气，从消音器6出来热空气。

提供一对比例，一种涡流管。对比例与第二实施例相比，的不同点在于：采用不同结构的多流道喷嘴2。对比例中采用的多流道喷嘴2与第一实施例提供的多流道喷嘴2相比，不同点在于：如图5所示，多流道喷嘴2的六流道20横截面积相同，且与第一实施例中的第二流道22的横截面积一致。

图6为仿真实验下第二实施例和对比例工况图。在涡流管入口处通入0.7MPa、293K状态的压缩空气，在热端出口设置不同的压力值来模拟热端出口消音器6的开度，比较第二实施例和对比例的制冷效果。分别测试热端出口压力在0MPa、0.025MPa、0.05MPa、0.075MPa、0.1MPa、0.125MPa六个工况，对涡流管冷热端出口温度和流量进行监控。冷流率是冷端出口气体质量流量和入口气体质量流量的比值。可以看到在相同的冷流率情况下，第二实施例能够有效降低冷端出口气体温度，从而提高涡流管的制冷效率

需要说明的是，本发明提供的多流道喷嘴中，其流道20还可以为圆弧型流道或阿基米德线型流道，只要其满足“流道20包括有第一流道21和第二流道22，第一流道21靠近入口管7，第二流道22远离入口管7，第一流道21的横截面积大于第二流道22的横截面积”即可使得第一流道21的气体速度下降，进而使从喷嘴的各个流道20进入涡流室10中气体速度保持一致，有利于涡流体的产生，从而提高涡流管的制冷效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。