渦流管制冷是法國工程師蘭克于1933年首先提出的，渦流管又稱為蘭克管。這種制冷方法的實質是利用人工方法使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運動，并分成冷、熱兩部分氣流，其中分離出來的冷氣流便可用來制冷。
冷水機渦流管的結構比較簡單，主要由噴嘴、渦流室、孔板及冷熱兩端的管子組成。渦流室的內部形狀為阿基米德螺線，噴嘴沿切線方向裝在渦流室的邊緣。渦流室的一側裝有一個分離孔板，其孔徑約為管子內徑的1/2（或稍小一些），它與噴嘴中心線的距離大約為管子內徑的1/2。分離孔板的右側為冷端管子，另一側為熱端管子，在管子端部裝有一個控制閥，離渦流室的距離約為管子內徑的10倍，控制閥的開啟度可用手動調節(jié)。
渦流管制冷的工作原理如下：經(jīng)過壓縮并冷卻到常溫的高壓氣體（通常是空氣，也可以是CO2、NH3等氣體），由進氣管進入，并在噴嘴2內膨脹，以很高的速度沿切線方向進入渦流室，在渦流室的周邊形成自由渦流，其旋轉角速度在渦流室邊緣部分較小，接近軸心部分較大，于是在渦流室中沿半徑方向形成了不同的角速度的氣流層。由于氣流層之間的摩擦，內層的角速度逐漸降低，外層的角速度逐漸提高，因而內層氣流將一部分動能傳給外層氣流。渦流室中心部分的氣體失去能量，經(jīng)孔板流出時具有較低的溫度；邊緣部分的氣體吸收能量，動能增加，又因與熱端管子的管壁摩擦將部分動能變成熱能，因此經(jīng)控制閥流出時，具有較高的溫度。所以，渦流管額可以同時得到冷、熱兩種效應。根據(jù)實驗，高壓氣體經(jīng)過渦流管可得到-10~-50℃的冷氣流，熱氣流的溫度可達100~130℃。
控制閥通過改變熱端管子中氣體的壓力，來調節(jié)兩部分氣流的流量比，從而也改變了他們的溫度。當閥門開度為管路直徑45%~60%時，冷氣流的質量流量為總流量的1/4~1/3,。如果控制閥全關，則全部氣體從冷端管子流出，也就不存在冷熱效應。如果控制閥全開，則會有少量氣體從孔板出吸入，渦流管的工作就相當于一個氣體噴射器。 |
