漩涡管，麦克斯韦妖，希尔施管，兰克管：这个装置到底是什么？它是如何工作的？

如果我告诉你，我可以接受普通的压缩空气供应，并将其温度降低50°F，没有移动部件，也没有任何类型的制冷剂或电气连接，你可能会有点挠头。当然，除非你被介绍过涡流管Vortex Tubes。在 EXAIR 产品线中，我zui喜欢的产品 Vortex Tube 就是这样做的。涡流管以普通的压缩空气供应作为动力源，没有移动部件，将气流转换为从管的两端流流出的冷热流。这里不涉及魔法，巫术或巫术。只是物理！

涡流管很有趣。我们可以只用压缩空气和涡流管来获得这种极端寒冷或炎热的空气。我们可以通过转动螺钉非常轻松地调整温度。在我们深入研究如何为您的应用调整和获得合适的温度之前，让我分享一下Vortex Tube的工作原理图：

涡流管原理的独特物理现象可立即产生冷空气，并根据需要长时间或短时间产生冷空气。

该理论始于19世纪与著名物理学家和数学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦。他认为，由于热涉及分子的运动，因此有可能创造一种装置，可以在“友好的小恶魔”的帮助下分配没有移动部件的冷热空气，该恶魔将对空气的热分子和冷分子进行分类和分离。直到大约61年后，才在这方面取得进一步的进展。

1928年，一位名叫乔治·兰克（George Ranque）的法国物理学学生正在对他开发的涡流型泵进行一些测试。在这次测试中，他注意到暖空气从一端排出，而冷空气从另一端流出。他放弃了对泵的计划，并开始尝试在商业上利用这种现象。他的生意zui终与涡流管理论一起失败了，直到1945年，一位名叫鲁道夫·希尔施（Rudolph Hilsch）的德国物理学家发表了一篇基于涡旋管的科学论文。

由于涉及这么多人，该管以各种不同的名称而闻名：“Ranque Vortex Tube”，“Hilsch Tube”，“Ranque-Hilsch Tube”和（我个人zui喜欢的）“Maxwell's Demon”。多年来，它作为工业点冷却和面板冷却应用的低成本，可靠和高效的方法而享有盛誉。

那么这个东西到底是如何工作的呢？事实是没有人确切知道，但有一个普遍接受的理论可以解释这种现象：

压缩空气被输送到管中，在那里它通过一组与内部沉孔相切的喷嘴。喷嘴的设计迫使空气以涡旋运动旋转，速度高达1，000，000 RPM。旋转的空气转动90°，其中一端的阀门允许一些加热的空气逸出。没有逃脱的东西，沿着内流的管子往回走，在那里它失去热量并通过另一端作为冷空气排出。

两个流都以相同的方向和相同的角速度旋转。由于角动量守恒的原理，内涡旋的转速应该增加。然而，涡流管的情况并非如此。说明这一点的zui佳方式是奥运会花样滑冰。由于滑冰者更宽，旋转运动要慢得多。当她减少总半径时，速度急剧上升，旋转得更快。

在涡旋管中，内部涡流的速度保持不变，因为它失去了角动量。在此过程中损失的能量以从管的热侧排出的热量的形式释放出来。这种热量损失允许内部涡流冷却，在那里它可以被管道化并应用于各种工业应用。

这种涡流管理论用于基本的涡流管，以及具有特定于您的应用的附加功能的各种其他产品。

EXAIR 的机柜冷却器、冷枪、可调点冷却器、迷你冷却器和涡流管系列都遵循相同的原理。

涡流管很有趣。我们可以只用压缩空气和涡流管来获得这种极端寒冷或炎热的空气。我们可以通过转动螺钉非常轻松地调整温度。在我们深入研究如何为您的应用调整和获得合适的温度之前，让我分享一下Vortex Tube的工作原理图：

涡流管原理的独特物理现象可立即产生冷空气，并根据需要长时间或短时间产生冷空气。

现在我们已经看到了它是如何工作的，我们需要定义如何使它适用于您的特定应用程序！首先，我们需要设置冷分数...设置“冷分数”完全取决于您需要空气的冷或热。当我们谈论这个冷部分时，我们谈论的是从涡流管的冷侧出来的冷空气量，这也会影响冷空气的温度。换句话说，60%的冷部分等于从涡流管冷侧出来的输入压缩空气的60%。

例如，如果您向我们的中型涡流管提供80 psi，您将产生10到40 SCFM（取决于发电机的尺寸）。在本例中，假设您正在使用我们的 3230 涡流管，生成 30 SCFM。在80%的冷分数下，24 SCFM（30的80%）将从涡流管的冷端流出。它将在比提供的压缩空气温度低50°F的温度动。是的，这是正确的，假设您的进气温度为72°F，您将从涡旋管的冷端流出24 SCFM的22°F空气。但是其他6个SCFM呢？好吧，这将以高达252°F的热端流出。 我们必须考虑到涡流管的两端。您可以在下面看到性能表。

EXAIR 涡流管性能图表

让我们再看一个同样Vortex Tube 3230的例子。让我们假设我们需要加热一些东西。假设您的压缩空气为72°F，并且我们希望将某些东西加热到115°F，则需要在压缩空气的温度上增加43°F。我们可以在图表中看到，通过在涡流管上提供80 psig的压缩空气和30%的冷分数，我们可以将43°添加到空气温度中。我们知道，冷端将给我们9个SCFM（占总30个SCFM的30%），它将在-110°F或-38°F动。 但是我们将在热端达到115°F的期望温度，但这只会在21 SCFM时。如果我们仍然需要更高的SCFM，我们可能需要更换发生器（如下所述）或一起增加到更大的涡流管。

从上面的性能表中可以看出，有许多方法可以达到所需的温度，无论是热还是冷。

调整涡流管

接下来的问题是我们如何调整冷部分。首先，让我们注意，除非另有说明，否则这些总是设置在80%或接近80%的冷分数。如左图所示，可以转动开槽阀以调节冷分数。出于精度目的，始终建议使用温度计将其设置在需要的地方（将温度计插入冷空气流中）。作为指导，您应该轻轻地旋转阀门，并退后1/8，1/4或1/2圈（分别用于小尺寸，中尺寸和大尺寸），以在冷馏分秤上下降约20%。

我们提供 3 种尺寸的涡流管，小型、中型和大型。每种尺寸提供 3-5 种不同的可互换尺寸发生器，总共提供 12 种库存涡流管。发生器的大小将决定BTU /小时以及生成的SCFM。有关更多详细信息，请参阅下表：

关于涡流管还有其他一些关键细节需要了解。他们不喜欢背压。可以想象，使这些工作的魔力是旋转内部的发生器。如果由于背压而减慢速度，那么，它将阻碍整个涡流管的结果。许多人的压缩空气系统上都有空气冷却器或加热器，请记住，涡流管产生的温度±压缩空气的温度，因此了解压缩空气的温度非常重要。

涡流管声音会非常响亮。我们几乎总是与冷消声器、热消声器一起出售这些。为了使它们中的大多数保持在OSHA声音标准之下，您将需要消声器。zui后，与 EXAIR 的所有产品一样，建议在使用点使用带有仪表的压力调节器。使用涡流管，如果您正在寻找准确的温度，这是必不可少的。