The main objective of this paper is to investigate the geometrical effect of the cold end orifice shape in the Ranque-Hlisch vortex tube. First, computational fluid dynamics method is used to find the optimal shape of the cold end orifice using the normal vortex tube. The result shows that the diameter of the cold end has a big influence to the performance of the vortex tube. The optimal diameter and length are found by the research. Second, a new structure of the entrance which located near the surface of the cold end orifice is invented. The novel-designed vortex tube has the smaller diameter than the normal one. Then, the numerical method is used to do the research about this novel-designed vortex tube. The research about this novel-designed vortex tube can be divided into two parts. One is to determine the relationship between the inlet air pressure and the effect of the new vortex tube. The other is to obtain the optimal angle of the taper, which is the important part in this new vortex tube. By comparing the simulation results using different models, the relationship between the entrance pressure and the effect in the new vortex tube is investigated. Also the optimal angle for the taper in the novel-designed vortex tube is obtained. Finally, some novel designs and new ideas about the vortex tube, which discovered during the research, are shown.
첫째로 컴퓨터를 이용한 유체 동역학 방법을 사용해서 일반적인 보텍스 튜브에서 차가운 구멍 끝부분의 최적의 형태를 찾아보았다. 그 결과 차가운 구멍 끝 부분의 지름이 보텍스 튜브에서 큰 영향을 미친다는 것을 찾았다. 최적의 지름과 길이를 조사를 통해 찾았다. 두번째로 차가운 구멍 끝 부분의 표면에 근접한 입구에서의 새로운 구조를 만들어보았다. 새롭게 디자인한 보텍스 튜브의 지름은 기존의 것들보다 작다. 또한 새롭게 디자인한 보텍스 튜브를 수학적 방법을 이용하여 조사를 했다. 이 조사 결과를 두 부분으로 나눌 수 있었다. 하나는 주입구의 공기압력과 그로 인한 새 보텍스 튜브의 영향의 대한 것이고 다른 하나는 새로운 보텍스 튜브에서 중요한 부분이었던 테이퍼의 최적의 기울기를 얻을 수 있었다. 다른 모델들의 시물레이션 결과를 비교하여 입구압력과 그에 따른 새 보텍스 튜브의 영향을 조사하였다. 또한 새 보텍스 튜브에서 테이퍼의 최적의 기울기를 얻을 수 있었다. 마지막으로, 연구 중에 발견한 보텍스 튜브에 관한 몇몇의 새로운 디자인과 생각들을 나타내었다.