题目：涡流管特性的理论和数值研究

涡流管结构简单，但是原理十分复杂，至今没人完全弄明白其机理。因此人们力求弄清涡流管效应机理，不断改进涡流管的结构提高涡流管的效率。本文主要研究了涡流管的结构尺寸和不同气体工质对涡流管能量分离效果的影响。主要工作包括以下内容：

首先研究了涡流管能量分离数值模拟研究方法。讨论了涡流管网格划分、数值计算方法以及数值模拟结果和实验结果的对比分析。网格划分部分主要对比了结构化网格和非结构化网格。数值计算方法部分主要讨论了三种不同湍流模型的对比，实验验证部分讨论了SST数值模型和实验数据的比较。

其次研究了不同尺寸等因素对其性能的影响。讨论了涡流管的喷嘴喉道面积、热端管长径比、热端管出口面积和冷端孔板等四个不同参数对涡流管结构尺寸的研究。研究表明：在保证其他条件都不改变的情况下，喷嘴喉道面积对涡流管性能的影响存在一个最优范围；热端管长径比20对涡流管性能的影响存在一个最优值；热端出口面积对涡流管性能的影响不明显。冷端孔板对涡流管性能的影响存在最优值。

再次研究了低压情况下不同理想气体以及低压情况下真实气体CH4和高压情况下真实气体C2H4在涡流管中能量分离效果。讨论了将十种理想气体其按照原子个数的不同分为单原子气体组、双原子气体组以及多原子气体组，分别讨论这三组气体经过涡流管时发生的能量分离效果，并相互对比，找到不同理想气体对涡流管能量分离效果的主要因素。另外分析了低压情况下真实气体CH4对涡流管能量分离的影响以及高压情况下真实气体C2H4对涡流管的影响，并在工质对涡流管能量分离方面得出一些基本结论。

研究表明：第一SST模型是本文最佳模型。第二喷嘴喉道面积、热端管长径比、冷端孔板对涡流管性能的影响存在最优值，而热端出口面积对其性能的影响不明显。第三不同气体对涡流管能量分离效果影响的因素是原子个数。第四压强越大真实气体对涡流管能量分离效果的影响越明显；与此同时冷端温差和热端温差的效果是相反的，低压下热端温差效果好，高压下冷端温差效果较佳。