变频滚动转子式压缩机变工况性能的实验研究

以R32变频滚动转子式制冷系统为研究对象,通过改变电子膨胀阀开度、压缩机运转频率、蒸发温度和吸排气压比,研究压缩机在不同工况尤其是不同吸气状态下的运行性能,结果表明:在过热段,压缩机容积效率基本不随过热度的变化而变化;在两相段,容积效率随吸气干度的减小呈线性下降趋势,且各工况斜率基本相同。蒸发温度基本不影响压缩机容积效率,而压比越高,容积效率越低;压缩机电效率在过热段和两相段分别随过热度和吸气干度的减小而线性减小,且两相段斜率大于过热段斜率。在相同蒸发温度下,压比越高,电效率越小;在相同压比下,蒸发温度越高,电效率越小;在各工况下,系统COP在过热段基本不变,在两相段随干度减小而减小。吸气干度0.90处的COP比吸气饱和点的COP平均降低了5.5%;容积效率随压缩机频率的提高而增大,电效率和系统COP随压缩机频率的提高而减小。     

两级填充床蓄热器式绝热压缩空气储能系统变工况特性研究

利用压缩机和透平的变工况模型及填充床蓄热器的非稳态模型,对两级填充床蓄热器式绝热压缩空气储能系统一次完整的充放电循环过程进行模拟,分析系统的热力学性能和各个部件的变工况特性.结果表明,系统的充放电效率可达62.4％.储能时,受洞穴内压力变化影响,两级压缩机压比、效率不断改变,从而引起下游填充床蓄热器进口温度变化;释能时...     

R32吸气状态对变频压缩机效率的影响

制冷剂R32作为R22热门过渡替代制冷剂,运行排气温度高严重影响压缩机长时间运行的可靠性,湿压缩方法可以降低压缩机的排气温度,但也降低了压缩机的效率。通过实验对比研究在定压比变频和定频变压比工况下,不同吸气状态对滚动转子式压缩机效率的影响,得出等熵压缩效率和容积效率与吸气状态的变化关系。实验结果表明:吸气过热时,均能保持较高的等熵压缩效率和容积效率,过热度对其影响不大,吸气带液时压缩机效率的变化趋势与吸气过热时不同,应区分开;相对x=1,x=0.9时等熵压缩效率和容积效率分别降低约7%和5%,总体降幅较小。定频下,压比越大,压缩机效率降低幅度越大,定压下,频率越高,降低幅度越小;等熵压缩效率和综合效率系数的变化趋势相同。     

不同海拔高度下自然吸气柴油机经济性及热效率研究

借助内燃机高海拔大气状态模拟试验系统进行了不同海拔高度下自然吸气柴油机的性能试验和缸压采集,试验结果表明:海拔高度增加,柴油机燃油经济性变差,最低比油耗工况负荷略有减小。指示热效率随海拔升高在标定工况时下降最多,中等负荷下降最少。在实测缸内气体压力的基础上采用FIRE软件建立仿真模型探讨高原环境下油气混合过程的变化,模拟结果显示:随海拔高度增加,喷油油束贯穿距变长,油束破碎和蒸发过程减缓,燃烧室近壁面处易形成油气堆积,造成不完全燃烧加剧,使燃烧效率下降。基于实测缸压将实际工作循环简化为理论循环以探讨循环热效率的变化,随海拔升高,一方面燃烧始点滞后,造成压力升高比下降,初始膨胀比增加;另一方面缸内气体温度增加,使得等熵指数减小:两者均使简化后的理论循环热效率下降。此外,缸内燃烧温度和排气温度随海拔升高而增加,使得传热损失、排气损失等不可逆损失增大,实际循环热效率进一步下降。     

一种新型压缩空气储能系统的理论分析

根据中国西部干旱、缺水、高风沙和限制使用天然气的地区特点,提出了一种压缩空气储能的技术方案,并对其储能过程和发电过程进行了热力学分析,重点分析了压缩过程指数、最高储气压力和透平进气温度对系统能量转换效率的影响规律。研究结果表明:(1)系统电耗随多变指数的升高基本保持不变,能量效率都随多变指数的升高而增加,而热耗随多变指数的升高而大幅减小。(2)系统电耗和热耗都随压缩空气储能系统高压储气室内压力的变大而增加,而系统的能量效率随压缩空气储能系统高压储气室内压力变大而减小。(3)系统电耗和热耗都随高压气体透平进气温度的升高而下降,而系统的能量效率随高压气体透平进气温度的升高而升高。该研究对在中国开展和大规模推广应用压缩空气储能技术具有一定的参考价值。     

基于能量梯度理论的离心压缩机回流器子午面改型研究

为了提高离心压缩机的效率和改善回流器内的流动稳定性,应用能量梯度理论分析了离心压缩机内部流动特性,并获得回流器内的能量梯度函数K值的分布.根据K值分析结果,提出将原先轮毂侧倾斜的回流器改进为轮盖侧倾斜的改型方法.在回流器轮盖侧倾斜的基础上对5种不同轮盖侧倾斜角度进行了模拟,结果表明:改型后的模型在额定工况下的多变效率比原模型提升了约1%,在流量系数为0.85~1.16的变工况范围内,模型级性能均有所提高;适度增大倾斜角度能进一步增大离心压缩机模型级的多变效率和级压比.     

燃气-串级超临界CO2联合循环变工况策略研究

为优化燃气-串级超临界二氧化碳（GT-CSCO2）联合循环的变工况运行特性,建立以5.67 MW燃气轮机为原动机的GT-CSCO2联合循环模型。分别确定各设备的变工况运行方法,提出联合循环变工况运行策略,进而分析GT-CSCO2联合循环的变工况特性。研究表明：进口导叶达到最小全速角前后燃气轮机排气温度和流量随负荷变化的特性有较大改变,燃气轮机排气温度对底循环的影响大于排气压力;变工况中为维持压缩机入口温度与最终排气温度,底循环流量的减少幅度大于排气流量;负荷在100%~30%之间,GT-CSCO2联合循环热效率由54.80%降低到43.91%,净输出功率与效率约为燃气轮机单机的2倍;与简单回热结构相比,CSCO2循环具有更高的效率,是一种具有良好变工况性能的发电技术。     

基于正交设计的压缩空气储能系统效率分析

根据压缩空气储能系统的结构特性,采用正交设计和数值模拟方法对压缩空气储能系统的压缩机绝热效率、级间冷却温度、储气室最低工作压力、回热度、膨胀透平绝热效率和燃烧室效率等6个参数进行实验设计和数值模拟,并对模拟结果进行效率分析.通过对实验结果的方差进行分析,得到设计参数对系统效率的影响程度.结果表明:在压缩空气储能系统中,压缩机绝热效率、级间冷却温度、回热度、压缩机绝热效率与级间冷却温度的交互作用、级间冷却温度与回热度的交互作用以及压缩机绝热效率与膨胀透平绝热效率之间的交互作用为影响压缩空气储能系统总过程效率的显著因素;在现有技术水平下,降低压缩机级间冷却温度和提高回热度是提高压缩空气储能系统效率的最佳选择.     

共享设备的恒压喷水压缩空气储能系统性能

提出一种新型恒压喷水压缩空气储能系统,利用废弃煤矿等地下洞穴,在水下布置尼龙布管储存压缩空气,形成以地下洞穴为下库,地面水池为上库的水力辅助恒压压缩空气储气体系;膨胀与压缩过程采用单级多缸随转式膨胀压缩两用机实现,导热油蓄能和放能过程采用共享设备原路返回方案。通过建立系统的热力学模型,分析了在空气入口处喷水控制压缩空气出口温度,以及由地下洞穴深度确定的压缩段出口空气压力,环境温度等因素对系统性能的影响。分析表明：在压缩机出口压力及温度为10 MPa和320℃、环境温度25℃、换热端差10℃和膨胀压缩两用机等熵效率0.85的工况条件下,储能系统转换效率达到66.6%。     

储能过程设计参数对压缩空气储能系统性能影响研究

本文针对蓄热式压缩空气储能系统建立数学模型,利用MATLAB调用REFPROP软件获取不同状态下空气物性参数,进行总体计算程序开发,在储能系统输出功率为100 MW、膨胀机进口前压力及膨胀级数被固定的前提下,分析了压缩机不同总压比和级数对系统性能的影响。结果表明:对于固定压缩机级数,随着总压比的增加,储能系统效率降低,系统热能利用率降低,节流损失增加,系统热力学性能下降,而储释能工质质量流量降低,储气密度增加,体积减小;对于固定压缩机总压比,随着级数增加,储能系统效率降低,系统热能利用率降低,节流损失基本保持不变。     

两级填充床式压缩空气储能系统充放电行为研究

基于两级填充床式压缩空气储能系统运行原理,建立了压缩机、透平、填充床蓄热器及储气洞穴的非稳态分析模型,对两级填充床式压缩空气储能系统充放电行为进行了模拟,分析了系统在给定充电功率下的整体热力学性能和各部件的运行特性。结果表明：相比于完整充放电循环,在给定的充电功率下系统的充放电效率仅为54.33%,下降了约8.07%;受到储能功率的影响,压缩机的效率变化范围较大,仅有77.13%的电能转化为压缩空气的内能,而高/低压透平因为进口处空气温度逐渐降低而偏离设计工况导致效率下降;压缩机和透平的火用损之和占总火用损的81.51%。     

压缩空气储能系统释能过程动态调控

压缩空气储能被认为是最具有发展前景的大规模储能技术,而压缩空气储能系统运行过程面对的是储气室压力变化以及输入/输出功率变化的复杂工况.针对压缩空气储能系统变工况运行需求和节流阀减压调节膨胀机入口压力存在控制精度低、压力损失大等问题,本研究提出采用阀门组合与减压容器相结合的压力控制单元来调控膨胀机入口压力、满足输出功率需求,并建立了集成压力控制单元的10 MW蓄热式压缩空气储能系统热力学模型.在此基础上,研究了储释能过程压力、温度、质量流量、功率等关键参数随时间的变化规律,揭示了阀门组合与减压容器相结合的压力控制单元调控膨胀机入口压力的机理与效果.压力控制单元与节流减压方式相比,释能过程的总?损失减小1.56×108 J,储能效率提高0.24％,储能密度提高0.04 MJ/m3.结果表明,本研究所提出的压力控制单元可以平滑地调控膨胀机入口压力,对保障压缩空气储能系统稳定高效运行,提高系统综合性能具有重要的作用.     

10MW全回热压缩空气储能系统分析

基于全回热压缩空气储能系统的概念,搭建10MW全回热压缩空气储能系统。分析压缩机和膨胀机的级数对全回热压缩空气储能系统电回转效率的影响,同时采用分析法研究全回热压缩空气储能系统的热经济性。得出2级～4级全回热压缩空气储能系统,其电回转效率为70.2%～75.3%;随着压缩机和膨胀机的级数增加,电回转效率降低;压缩机、膨胀机、回热换热器、地下含水层的损失系数分别为:30.9%～35.3%、23.3%～24.5%、37.4%～41.5%和3.9%～4.0%。     

耦合太阳能辅热的AA-CAES系统参数分析

为提高传统先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统性能,在原系统上耦合了太阳能辅热子系统,并对耦合太阳能辅热的AA-CAES系统性能进行了研究。结果表明:在相同压缩机级数下,冷罐和热罐温度均随膨胀机级数的增加缓慢升高;在相同膨胀机级数下,冷罐和热罐温度随压缩机级数的增加逐渐降低;当压缩机与膨胀机级数相等时,系统储能效率、储能密度和耦合储能效率均比二者级数不等时更高;随着换热器效能的提高,系统冷罐和热罐温度升高、膨胀功和压缩功增大,而系统储能效率和耦合储能效率先提高后降低。     

叶片厚度分布对流道式叶片性能的影响分析

基于三维可压缩流体N-S方程和Spalart-Allmaras湍流模型,对多级离心压缩机中间级进行数值计算,研究了不同叶片厚度分布规律对流道式叶片性能的影响。通过分析不同模型级设计工况和变工况的特性及压力场、速度场分布,获得流道式叶片效率和损失分布的变化规律。结果表明:0.6倍厚度(即9.00 mm)的叶片有最高的级效率82.82%和最大压比1.483,同原有叶片厚度的模型级相比较,整级效率增加1.46%。流道式叶片厚度的变化对压缩机稳定工况的范围影响不大。从近喘工况到堵塞工况,薄叶片在总体性能上优于厚叶片。在近喘工况下,旋涡区分布于叶片进口吸力面;近堵工况下,旋涡区分布于叶片压力面。     

空气源热泵系统湿压缩与电子膨胀阀调控方式的研究

针对空气源热泵吸气带液问题,通过调节电子膨胀阀开度改变压缩机吸气口制冷剂状态,研究了四种不同调控工况对系统性能和参数的影响,分析不同调控工况下系统性能的变化。实验结果表明:较大的电子膨胀阀开度可提高蒸发压力和制冷剂质量流量,从而改善系统性能,但这不是湿压缩所产生的影响,相反后期大量的吸气带液会导致系统性能降低;吸气带液可以有效降低压缩机排气温度,同时也会使单位制热量和比功降低;在实际运行过程中,应采取定过热度控制方法,且过热度应尽量小,但要避免压缩机吸气带液。     

基于遗传算法的离心压缩机蜗壳参数化及多目标优化

排气蜗壳对离心压缩机的整体性能、工作范围有直接且不可忽视的影响.排气蜗壳由于其完全三维的、湍流的内部流动会引起蜗壳进口周向压力畸变,从而影响上游部件的流动稳定性.本工作针对先进压缩空气储能系统离心压缩机排气蜗壳进行多目标优化设计,提出了一种可变截面形状的参数化设计方法.以总压损失系数和静压恢复系数为优化目标变量,采用多个控制面和控制点的方式对离心压缩机蜗壳截面参数进行全周控制,结合最优拉丁超立方试验设计方法和全三维CFD数值方法生成样本空间,利用二代非支配排序遗传算法对Kriging近似模型进行多目标寻优,建立优化平台和优化方法.研究结果表明:优化后的截面形状能够减小通流截面旋涡中心的剪切应力,使排气蜗壳内部通流速度分布更加均匀;优化方案在设计工况下整级等熵效率提高了 0.45％,压比提高了 0.36％;与初始模型相比,优化后的排气蜗壳可以有效改善离心压缩机的整体性能.本研究有助于推动数值优化设计方法在离心压缩机排气蜗壳中的应用,为高性能、低总压损失离心压缩机的优化设计提供参考.     

Unsteady flows of a scroll expander under various types of expansion process

本工作采用计算流体力学（CFD）的方法对适应于微型压缩空气储能（micro-CAES）系统的涡旋膨胀机工作过程进行非定常数值模拟,得到膨胀机内部压力场、速度场和温度场的分布,研究了相同排气背压下外膨胀比对涡旋膨胀机非稳态性能的影响规律及工作腔流场结构分布,结果显示：排气背压一定时,外膨胀比的变化对进气质量流量的脉动规律影响较小,外膨胀比的增加,增大了出口质量流量脉动程度、增大了膨胀机内压缩空气的热量利用程度、增大了膨胀机非稳态驱动力矩、增大了背压腔内二次流旋涡的强度和尺度,背压腔中存在明显局部高温区。     

基于TC-CCES的冷热电联供系统热力性能分析

为了更好地理解CO2作为储能工质在热力学方面的特性,基于跨临界压缩二氧化碳储能系统(TC CCES),结合CO2易液化的特性,采用Aspen Plus软件构建了冷热电联产(CCHP)系统热力学模型,分析了回热器热水流量、低压节流阀压降及第一级压缩机出口压力对CCES CCHP系统性能的影响。结果表明：在基础运行工况下,CCES CCHP系统电效率为41%,能量效率为1.16;当回热器热水流量、第一级压缩机出口压力变化时,系统电效率与能量效率变化趋势相反;当低压节流阀压降增大时,系统电效率和能量效率均呈下降趋势;CCES CCHP系统与TC CCES系统相比,能量利用效率提升19.50%。     

用于增加汽轮机效率的设计软件

据《Turbomachinery International》2004年11-12月号报导，汽轮机末级，尤其是末级动叶片对设计来说是相当复杂的部件。设计者通常只能在或接近设计工况下保证高的末级效率。效率随着偏离额定的运行条件而减少。这些级运行条件的变化是很大的。在汽轮机从待机状态到最大负荷，末级内的蒸汽质量流量可以改变20倍。质量流量取决于冷凝汽内的压力，该压力随冷却流体温度季节性变化而改变。末级有着极其严格的结构约束，包括叶片的静应力-应变状和整个叶片寿命期的振动。