包装废弃物热解余热回收用涡旋膨胀机瞬态流动特性研究

目的 为揭示进气压力的变化对涡旋膨胀机内部流动特征及性能参数的影响机制,探究其对膨胀机效率及实际回收功率的影响规律。方法 以余热回收有机朗肯循环中的涡旋膨胀机为研究对象,利用STARCCM+软件,采用重叠网格技术对涡旋膨胀机内部计算流体域进行非稳态离散求解,分析涡旋膨胀机流场变化特性以及性能参数的变化规律。结果 在出口压力不变的条件下,随着进气压力的上升,压力场分布梯度增大;进、出口流量均呈现周期性波动,出口流量的波动幅度明显小于入口流量的波动幅度。填充系数的大小一定程度上反映了膨胀机内部的泄漏程度或流动阻力大小,观察到进气压力为0.75 MPa时填充系数最大,此时工质的流动阻碍相对更小,平均质量流量也最大。涡旋膨胀机等熵效率、输出功率均随进气压力的增大而增大。结论 涡旋膨胀机输出功率的优化与多种因素相关,要综合考虑进出口实际焓差和平均质量流量等因素的影响,只考虑单方面因素缺乏一定的合理性。     

变基圆半径涡旋膨胀机型线参数的优化选取

涡旋型线在涡旋膨胀机的优化设计中发挥着重要作用。目前对变基圆半径涡旋型线的研究大多集中于几何、数学模型的建立和推导，缺乏对型线参数选取的深入研究。为了弥补上述不足，采用粒子群算法对变基圆半径涡旋型线的参数进行优化选取。首先，建立了变基圆半径涡旋型线的啮合盘径和变基圆半径涡旋膨胀机膨胀比的数学模型；其次，分析了基圆变化系数对变基圆半径涡旋膨胀机性能的影响；最后，对变基圆半径涡旋型线的参数进行了单目标和多目标优化。优化后得到在啮合盘径和膨胀比各自取得极值时基圆半径和基圆变化系数的取值，以及以啮合盘径和膨胀比为共同优化目标时基圆半径和基圆变化系数的非劣解集。研究结果可为涡旋膨胀机的型线设计提供参考。     

一种新型膨胀机——涡旋式膨胀机

本文对涡旋膨胀机的工作原理、结构特点及目前其实际应用中所存在的难题进行了一些讨论。图 4参 4     

小型制冷装置二氧化碳膨胀机的研究

随着自然工质CO2研究的进一步发展，为了提高系统的COP，采用膨胀机取代节流阀的方法越来越受到人们的重视。首先介绍了采用膨胀的CO2跨临界循环的系统流程，选取典型工况分别对活塞式、螺杆式、转子式和涡旋式膨胀机进行了热力计算，并结合CO2超临界膨胀过程的特点和生产工艺，初步确定了各种型式膨胀机的结构尺寸。通过对比分析各种膨胀机的功率匹配特性，确定了不同应用场合膨胀机的选型原则和技术可行性。在此基础上，重点分析和讨论了适用于小型制冷装置的二氧化碳涡旋式膨胀机。通过初步的结构设计，提出了影响膨胀机性能的关键几何参数，并进行了理想涡旋膨胀机的热力分析，旨在为研究和设计CO2膨胀机样机提供理论依据和设计经验。     

全封闭式涡旋膨胀机在车用有机朗肯循环中的特性研究

本文针对中低温余热特性搭建了2kW目标发电量的小型有机朗肯循环发电系统。实验研究了全封闭式涡旋膨胀机在有机朗肯循环系统中的参数特性。通过改变膨胀机进出口的状态,研究了运行压比和转速对于膨胀机单体及系统性能的影响。性能参数主要包括等熵效率、容积系数、循环热效率及循环净功。结果表明:膨胀机运行压比是影响系统性能的重要参数,循环净功随压比的增大而增加,循环热效率及膨胀机的等熵效率随压比变化均存在最优值;考虑内泄漏及摩擦损失等影响,最优运行压比一般应略大于膨胀机设计比;提高膨胀机转速能有效减少内泄漏损失。     

膨胀机对修正克劳特氦液化循环的影响及其热力学分析

以膨胀机为研究对象,分析了膨胀机对基于两级膨胀机串联的修正克劳特氦液化循环的影响。通过对系统中的部件进行逐个分析,用编程的方式实现了对氦液化循环的模拟,得到了不同膨胀机分流量、一级膨胀机出口压力、膨胀机效率下循环的液化率,并从热力学角度进行分析。研究结果表明膨胀机的分流量为80%时循环液化率最大,该值会随一级膨胀机出口压力变化而产生轻微变化。一级膨胀机出口压力对液化循环的影响分为3个阶段,对于本研究的循环应该在第一阶段和第二阶段之间寻找最佳的一级膨胀机出口压力。     

CO2跨临界制冷循环膨胀机的开发

开发CO2膨胀机代替节流阀是提高CO2跨临界循环系统性能系数的一个有效途径.根据目前空调制冷CO2膨胀机的研制状况,描述了CO2膨胀机研制过程中的难点,指出研究CO2膨胀机的关键在于解决摩擦和泄漏问题.对自行设计开发的两代膨胀机样机进行了实验研究,发现第二代膨胀机的运行效果明显好于第一代膨胀机.     

低温氦气体轴承透平膨胀机实验系统设计

设计了一套氦透平膨胀机实验系统,该系统可以用来对工作在液氢—常温区范围内的不同规格的氦透平膨胀机进行性能测试,还可以用于开展以氦为工质的低温环境下透平膨胀机实验研究,以期掌握氦透平膨胀机的关键技术并进一步提高氦透平膨胀机的性能。     

5000m~3/h高纯氮设备膨胀机的研制

简介了大型高纯氮设备配套膨胀机的技术参数及要求,结合5000m3/h高纯氮设备膨胀机的设计经验,分析了膨胀机设计中的主要技术难点的解决方法及方案优化;同时,结合现场试车数据对膨胀机进行了性能分析。     

蒸气压缩式制冷系统中能量回收旋叶膨胀机的几何理论研究

用膨胀机代替节流阀,回收利用膨胀功,是提高制冷空调系统能效比的有效途径.在传统旋叶式膨胀机的基础上,开发了一种可用于R410A制冷空调系统、具有高膨胀比的新型两级旋叶式膨胀机.介绍了该膨胀机的设计方法,给出了标准空调工况下的计算结果,详细讨论了两级旋叶式膨胀机的工作过程,并对两级膨胀机与传统旋叶式膨胀机的区别进行了论述,最后分析了滑片倾角对工作腔基元容积的影响,结果显示,滑片倾角对工作腔基元容积的影响很小,在膨胀机的设计过程中忽略滑片倾角的影响是合理可行的.     

天然气调压装置不可逆损失的比较与分析

高压长输天然气在进入城市燃气管网前需降压,透平膨胀机、涡流管、节流阀是典型的燃气调压装置。以[火用]概念为基础,以[火用]平衡为工具,对涡流管、节流阀、透平膨胀机三种燃气调压装置进行了全面的热力学分析。结果表明：透平膨胀机的过程[火用]损失最小,效率最高,显示出其在调压过程中的热力学完善性。     

Maximum practical efficiency of helium temperature refrigerators

An ideal refrigerator using a perfect gas working fluid is defined which gives the efficiency of a refrigerator as a function of compressor and expander efficiency, heat exchanger temperature difference, and heat exchanger pressure drop. Although not suited to detailed hardware design, this approach clearly relates the overall cycle efficiency to component efficiencies. In contrast, computer studies of specific cycles using real fluid properties are usually such that the details tend to overshadow major trends. The results of the study show that in an efficient cycle the major losses are in the compressor and the cold and expansion device. For current compressor and expander efficiencies the maximum practical helium temperature refrigerator efficiency is about 37% of Carnot.     

Modeling of Gas Cooling and Condensation in a Piston Expansion Machine

A model of gas cooling and condensation in a piston expansion machine has been developed with allowance made for formation of nuclei of the liquid phase and growth of droplets as well as for real thermophysical properties. Internal heat release related to phase transition is taken into account in the adiabatic equation. The processes of cooling and liquefaction of methane in the piston expander are calculated for specific conditions.     

采用不同膨胀机构的跨临界CO2循环性能分析

运用热力学第一定律和第二定律对跨临界CO2基本循环、膨胀机循环、喷射器循环和涡流管循环进行了分析,计算了各循环各个部件的损失,比较了各循环性能系数和总损失。计算结果表明,采用膨胀机、喷射器和涡流管等膨胀设备代替基本循环中的节流阀后,由于这些改进膨胀设备的损失小于基本循环节流阀的损失,同时改进循环中压缩机的损失小于基本循环的压缩机损失,从而减小了循环总损失,提高了循环的COP。膨胀机循环的COP远大于其它跨临界CO2循环,其次为喷射器循环和涡流管循环。     

Rotoflow公司天然气透平膨胀机改造设计

罗列了Rotoflow公司天然气透平膨胀机改造设计过程中遇到的问题,详细介绍了改造内容。改造后的膨胀机现场运行性能良好,完全可以替代同类型进口透平膨胀机。     

小型氮膨胀天然气液化流程的设计及优化分析

根据气源条件,设计了3套氮膨胀天然气液化流程,选择PR(Peng-Robinson)方程进行混合物的相平衡计算,采用大型数值模拟软件Aspen Plus进行了数值模拟计算;分析比较了不同液化流程的关键热力学参数,并进行了关键设备的可行性分析.结果表明:丙烷预冷氮膨胀液化天然气流程的比功耗比无预冷的单级氮膨胀天然气液化流程的低,比无预冷的两级氮膨胀天然气液化流程的稍高,两级氮膨胀天然气液化流程较难实现.综合分析结果,选用了丙烷预冷氮膨胀液化天然气流程.     

透平膨胀机运行异常原因与应对措施

透平膨胀机更换新的叶轮转子部件及石墨气封后,重新启动运行时,出现了间歇性无规律异响和振动值增大的现象,且随着膨胀机转速不断提高,异响和振动值不断增大。加强监控透平膨胀机的振动值,直到故障消失,平稳运行。介绍故障发生时透平膨胀机的运行参数和整个故障过程,最后总结了此次故障分析和处理过程中得到的经验。     

调用氦物性程序对10K下透平喷嘴的气动性进行数值模拟及分析

针对EAST用俄制氦透平D在2008年5月至8月一轮实验中出现的抱轴问题,采用Fluent数值模拟的方法调用氦物性Fortran程序,按透平D喷嘴环的设计工况对其流场进行模拟,并通过得到的近真实流场,分析了因为加工偏差引起的流场不均匀性程度,从而验证了喷嘴环的加工问题也是引起透平工作稳定性的一个重要原因.     

Observation of large-scale hydrodynamic structures in a vortex tube and the Ranque effect

The existence of large-scale structures in the form of a vortical double helix in a swirling Ranque flow is observed for the first time. The structure of the vortical double helix is visualized in real time by the method of Hilbert bichromatic filtering. The experimental result is interpreted on the basis that the most probable physical mechanism for the spatial energy separation in the gas flow (i.e., for the so-called Ranque effect) is viscous heating of the gas in a thin boundary layer at the walls of the vortex chamber and the adiabatic cooling at the center owing to the formation of an intense vortex braid near the axis. Pis’ma Zh. Tekh. Fiz. 23, 84–90 (December 12, 1997)