天然气深冷加工工艺迫切需要能在高压下操作且高效的气体膨胀制冷设备。射流振荡气波制冷机是一种新型气体膨胀制冷机,其工作原理为:利用双稳射流振荡器生成的振荡射流来形成对一端封闭的接受管的周期性入射,入射气因其能量通过载能气波的运动传递给接受管内原有气体并经接受管壁向环境散发损失而“冷却”。射流振荡制冷机无任何转动部件、只需简单静密封,因此特别适合用于高压天然气的加工处理。目前,射流振荡制冷机的研究还很不成熟,其性能参数(主要为等熵效率)离天然气工业生产的要求尚有一定的差距。本文结合国家863高技术项目“天然气压力能综合利用新技术研究”(No.2006AA052216)将正反馈射流振荡器引入射流振荡气波制冷机中,从实验和气体动力学数值分析两方面对正反馈式射流振荡气波制冷机的运行性能开展研究。射流振荡器是射流振荡制冷机的关键部件,它是在射流的附壁效应(也称Coanda效应)基础上开发出来的。振荡器内射流的稳定振荡是射流振荡制冷机工作的前提条件,其振荡频率的调制和总压损失的控制是改善制冷机性能的重要途径。本文首先对正反馈射流振荡器的振荡特性作了研究,通过数值模拟对正反馈射流的振荡波形和内部流场进行分析,考察了元件几何尺寸和操作条件以及介质物性的影响,重点研究了这几种因素对振荡频率和可振性的影响。射流的振荡特性如振荡频率、振荡压比是射流振荡器设计的基础性数据,也是影响射流振荡器和接受管耦合的主要因素,决定制冷效率。本文将跨音速正反馈射流振荡器与接受管耦合,对耦合后的射流振荡气波制冷机的可振性、振荡频率以及它们的影响因素作了实验研究,得出如下结论:射流只在一定的操作条件和几何结构尺寸范围内才能稳定振荡;射流的振荡频率在较高压比下只受反馈管长和反馈管容腔大小的显著影响,在小压比下随压比的增大而增加;其它结构尺寸和操作条件只影响可振性。多管式射流振荡气波制冷机相比双管式更具有工业应用价值,故本文对正反馈式多管射流振荡气波制冷机进行了数值模拟分析。计算了多种排气口形式的排气效果和相应的卷吸现象。重点分析了反馈管容腔对射流切换时间的影响,得到结论:反馈管容腔增大,射流切换时间增长,有利于射流均匀射入每个接受管,提高整体制冷效率。本文将正反馈射流振荡器引入射流振荡气波制冷机,依据其振荡特性,得到频率高,可振范围宽的元件结构。将气波机的可运行范围扩大,为寻找最佳耦合点,提高其制冷效率奠定了基础。