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什麼是渦流管

渦流管的作用原理       作用圖

渦流管(Vortex tube)又名“Maxwell的惡魔”、“Ranque - Hilsch管”、“Hilsch管”或“Ranque管”。不論它是以什麼名字稱呼,近年來,僅用壓縮空氣為動力源的渦流式冷卻器,已經被肯定、接受。它是解決工業上,不同冷卻問題的良方,既簡單又低成本,頗符合中小企業運用。

早在19世紀時,一位大物理學家James Clerk Maxwell就曾提出一個與渦流管有關的理論假設。他指出,既然熱能的產生牽涉到分子的流動,也許有一天,在一個“友善的小惡魔”(渦流管)的幫助下,可將氣體中的冷、熱分子分離出來,我們就可以在一件工具上,同時獲得冷、熱氣流的運用。

渦流管的發明就是“Maxwell友善的小惡魔”真實的例証。不過它的發明,卻是法國物理學者George Ranque在1928年一次實驗中偶然間的產物。當時,他正在試驗一具他所研發出來的渦流式幫浦。他注意到,幫浦中的熱空氣會從其中的一端散發出去,而冷空氣則會從另一端散發出來。這促使Ranque有了發明這種冷、熱空氣,會從不同的兩端分別散發出來,奇怪工具的念頭。很快的,他放棄了那具渦流幫浦的繼續研發,並且成立了一間小工廠來試探渦流管的商業潛能。

Ranque的努力很不幸的迅即失敗了!這也使得渦流管的真正問世延後到1945年,德國物理學家Rudolph Hilsch發表了一篇受人矚目,有關渦流管的科學報告。此後,歷經理論和實用上的演變,渦流管遂逐漸成為工業用具而為人所接受。

 

渦流管的作用原理 

做為動力源的壓縮空氣,以音速注入渦流管中。這時,被注入的壓縮空氣,將在渦流產生室中,以每分鐘至少一百萬轉的旋轉轉速產生渦流。其中,部份的氣流將被迫向內旋轉,通過管中央的氣孔,流向管中有氣閥調控的較長部份。而該氣閥則會將流向它的渦流,反轉向其自身內部旋轉。此時,在內部流動的渦流就會將本身的熱量,向在外部流動的渦流釋放,並通過有氣閥的較長端,將熱氣散發出去。而釋放熱量後變冷的冷氣渦流,則會被引導至另一端散發出來。這就是渦流管作用原理的簡單說明。如下圖所示,因為管中有內建氣閥調控,所以渦流管的溫度及氣流量,可以完全透過渦流管一端的控制閥調節。其溫度的調控,最低溫可達零下50℉(約零下46℃),最高溫則可達到260℉(約127℃)。

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