单螺杆膨胀机内有机工质泄漏特性的数值研究

为了研究单螺杆膨胀机内泄漏特性,建立单螺杆膨胀机热力学工作过程的数学模型和油气混合的两相泄漏模型,分析间隙高度对各泄漏通道泄漏量的影响,并比较3种有机工质R123、R134a、R245fa在不同转速和进气压力下对单螺杆膨胀机容积效率和泄漏量的影响.结果表明,9条泄漏通道中,螺杆与壳体之间的泄漏量占主要部分,其次是星轮与螺槽之间的泄漏量,星轮与壳体之间的泄漏量较小.增加转速和进气压力均可增大单螺杆膨胀机的容积效率.在相同的工况条件下,以R123为工质的单螺杆膨胀机容积利用率最高,其次是R245fa,R134a最低.     

挤压式偏心回转泵试验研究

针对传统结构原理泵难以同时具备高压和大流量的性能,设计一种挤压式偏心回转泵,其同时具备离心泵大流量和往复泵高压力的特点.本研究提出挤压式偏心回转泵的原理及设计方法,推导缸体内腔包络线、转子型线的表达式,对进出口的尺寸、位置进行合理性分析,对曲轴、转子密封系统进行材质、受力等分析,并进行试验测试,研究挤压式偏心回转泵的流量、压力的时间曲线,分析其容积效率、机械效率、水力效率及总效率在不同出口直径时随转速的变化规律.结果表明:输入功率为17. 6 k W、电机转速为800 r/min时,测试泵的流量达32. 17 m~3/h,压力达1. 7 MPa;转速800 r/min以内时,其流量不均匀系数小于2. 4%,容积效率在85%以上;转速为800 r/min、出口直径为d时机械效率达最大值90. 23%;水力效率随转速的升高而升高,当转速达800 r/min时开始减缓升高或降低;测试泵的总效率在转速为800 r/min、出口直径为d时达最大值60. 75%.挤压式偏心回转泵可以同时具备大流量和较高的压力,可在需求高压和大流量的工况下推广应用.     

水润滑单螺杆空气压缩机性能影响因素的试验研究

为了深入研究水润滑单螺杆空气压缩机性能的影响因素，设计制造了一台水润滑单螺杆空气压缩机，并搭建了测试试验台，通过试验研究了不同转速、排气压力和喷水流量对水润滑单螺杆压缩机性能的影响.结果表明，增加转速可以减小泄漏量，提高压缩机的性能.其余工况不变，只增大喷水流量时，可以提高压缩机的水气比，增强水气之间的换热和压缩机的密封效果，进而提高水润滑单螺杆空气压缩机的各项性能.如转速为3 000 r/min、排气压力为0.50 MPa时，喷水流量由50 L/min提高至80 L/min,压缩机的容积效率提高5.15%,绝热效率提高2%,比功率降低0.26 kW/(m³·min^-1).由于水的黏度远小于润滑油，因此为了保证压缩机的性能，水气比要高于同工况下的油气比.在额定转速3 000 r/min下，排气压力为0.50～0.65 MPa时，建议的水气比范围为2.94%～3.48%.     

汽油机余热回收单阀膨胀机模拟试验

发动机尾气能量占燃料燃烧放热总量的35%左右,为回收这部分能量,针对以水为工质的单阀膨胀机的工作特点,建立基于Matlab/Simulink的单阀膨胀机模型.分析该模型的性能,并进行试验验证模型的正确性.模拟结果表明,进气压力和进气阀升程的增加会导致单阀膨胀机输出功率和质量流量的增大,同时导致膨胀机效率的降低.随着转速的增大,膨胀机输出功率和质量流量先增大后趋于平稳;进气温度升高会导致质量流量的下降,对膨胀机输出功率和效率的影响不大.膨胀机试验结果表明,当汽油机功率为61kW时,膨胀机回收的功率可达3kW,使联合循环系统总输出功率增加5%.     

有机朗肯循环系统的实验研究和性能分析

对以自主设计的向心透平为膨胀机的有机朗肯循环低品位热能发电系统进行实验研究,结果表明:蒸发器的火用损失都是最大的,其次是冷凝器和向心透平,透平入口压力0.397 MPa、入口温度100.58℃时,蒸发器火用损失为3.81 k W,占总火用损失50.64%,冷凝器和透平火用损失为2.88和0.82 k W,分别占38.25%和10.89%.在实验基础上,用Aspen7.3模拟增加回热器对系统性能的影响,结果显示:热源温度和蒸发温度不变时,有回热器的ORC系统热力性能优于基本ORC系统.     

ORC向心透平的CFD计算与性能分析

为了预测设计的向心透平在设计工况和非设计工况下的性能,采用ANSYS CFX对向心透平进行了三维计算流体动力学(CFD)数值模拟,分析了透平进口温度、转速及压力比对其性能的影响,并通过实验数据对CFD模拟结果进行验证。结果表明：在设计工况下,CFD计算结果与一维设计参数非常吻合,两者等熵效率与输出功率的相对误差分别为0.36%和4.85%;在设计转速下,当进口温度为368 K时透平等熵效率达到最大,为77.6%;透平输出功率随进口温度的升高而增大,在0.9～1.1的转速比下运行时,透平等熵效率变化较小且具有较高的输出功率;压力比对透平等熵效率的影响较大,同时,透平在设计转速和进口温度下运行时能较好地处理压力比的变化;以压力比、等熵效率和温降为评价指标,将实验测量数据与CFD计算结果进行对比,其最大相对误差均小于10%,由此验证了CFD数值模拟对透平性能预测的可靠性。     

基于分形理论的高压辊磨机出料粒度分布模型

为了研究高压辊磨机出料的粒度分布及其粉磨速率,采用分形理论方法,建立并验证了高压辊磨机出料粒度分布的数学模型,考察了高压辊磨机操作因素对该数学模型中唯一参数分形维数的影响,最后得到高压辊磨机粉磨速率的一般表达式.研究结果表明:该数学模型所得结果与试验值的最大误差为6.64%,最佳预测区间为0~5mm;高压辊磨机的工作压力与分形维数是非线性关系,分形维数随液压油缸压力的增加而增加,并在液压油缸工作压力达到临界点10MPa时停止增加;与此对应的是高压辊磨机的辊面转速对分形维数几乎无影响.     

透平膨胀机回收天然气管道压力能的气体动力性能分析

天然气管网压力高达10MPa,在节流降压中蕴藏有巨大的压力能可供回收。目前,正在研究各种压力能回收装置回收油田集气站或调压站的压力能,使之用于天然气的净化处理、天然气液化调峰、城市冷库的冷源及天然气化工行业等。为证明透平膨胀机回收利用天然气管道压力能的可行性,采用一元稳定流动理论,对透平膨胀机中实际气体的热力学和动力学性能,以及流道内实际工作气体的流动过程进行计算和分析,以达到在天然气长输管线的城市门站内采用透平膨胀机代替节流降压阀降压目的。     

基于回归的深冷空分增压膨胀机组运行参量软测量建模

研究了正在调试的某深冷空分增压膨胀1#机组、2#机组的膨胀端进口压力、膨胀端进口温度、膨胀空气流量、膨胀端出口温度、增压端出口压力和膨胀机转速的软测量建模问题.基于最小二乘法,利用回归的方法,根据运行现场对膨胀量、膨胀机转速的估算需求,研究了软测量建模时提高估算精度的方法.结果表明,采用量纲分析和非线性回归后,相对于实际的运行数据,回归得到的经验关联式精度至少在98%以上,达到了软测量建模的目的,得到9个经验关联式,满足了机组完好但是测量出现问题时生产现场对关联参量估算的需求.     

PC型单螺杆压缩机主要几何关系的分析

为了解决PC型单螺杆压缩机设计中理论输气量、排气压力和耗功的计算问题,对其螺槽容积、扭矩数学模型、封闭螺旋线和排气孔口进行了研究.首先对PC型单螺杆啮合过程中,星轮齿的侵入面积和形心进行了公式推导;其次建立了单螺槽容积、密闭螺槽容积、任意时刻螺槽容积和扭矩的数学模型,给出了封闭螺旋线及排气孔口大小的公式.并且以螺杆直径为117 mm的PC型单螺杆压缩机为例,分析结果表明:利用Pro/E软件建立了单螺槽的实体模型,测量体积发现与计算体积误差在3.771%左右;瞬时扭矩随着进气压力的不同呈现周期性变化;扭矩比值接近1,并且扭矩比与进气压力无关.为PC型单螺杆压缩机的设计和计算提供理论依据.     

高速离心泵平衡孔轴面安放角对其性能的影响

为研究高速离心泵平衡孔轴面安放角对其内外特性及转子轴向力的影响,以一台转速为30 000 r/min的高速离心泵为研究对象,利用N-S方程及RNG k-ε湍流模型进行全流场数值计算。结果表明:随着轴面安放角的增大,高速离心泵轴功率P基本保持下降趋势,下降为最大轴功率的2.8%;效率η基本保持上升趋势,上升为最小效率的1.1%;扬程H最大变化量为设计扬程的1.5%,并出现极值点;随着轴面安放角的增大,平衡孔泄漏的高压射流对离心轮进口的主流排挤越小;当轴面安放角? 30° ≤ θ ≤ ? 10°与0° ≤ θ ≤ 20°时,随着轴面安放角的增大,转子轴向力减小,在轴面安放角θ = 0°时,轴向力发生骤增,出现极大值点;与传统轴面安放角θ = 0°的平衡孔安装方式相比,本研究中轴面安放角θ = 20°时,轴向力降低67.92%,可有效平衡转子轴向力。     

齿轮箱迷宫密封仿真试验优化

以高速齿轮箱传动轴轴端的迷宫密封为研究对象,建立迷宫密封模型。采用标准的k-ε湍流模型模拟迷宫密封内流场特性,分析其泄漏量、压力及速度分布情况。利用Fluent中的SIMPLE算法计算能量方程和湍流方程。通过研究齿距、齿顶长度对密封性能的影响,从而确定最优参数,同时研究了入口压力和转速对齿轮箱迷宫密封泄漏量的影响。结果表明：泄漏量随齿距的增大而逐渐变大;随齿顶长度的增大,泄漏量先减小之后基本不变;在不考虑温升条件时,转速对泄漏量几乎没有影响,但随转速的增大,密封性能提高。     

液氮发动机试验及效率分析

为了解液氮储能气动发动机的工作特点，实现液氮可用能的高效利用，搭建了液氮动力系统试验台架，测试了发动机在进气压力为0.1～1 MPa和转速为300～1 500 r/min区间内的动力性能和经济性能.分析了试验结果所展现的液氮发动机的动力性能和经济性能随进气压力和转速的变化规律.试验发现,发动机的输出功率与进气压力成正比关系；气阻现象使得发动机效率不随系统压力的增加而增加.系统的不可逆损失归结为内部不可逆损失和外部不可逆损失两部分并建立了相应的数学模型，结合试验数据，计算了液氮的单位质量可用能在系统中的分配.结果说明漏气损失与系统输出具有相同的量级，应该杜绝系统的漏气；换热损失消耗了大部分的液氮可用能，构建高效的液氮动力系统，必须采用多级循环.     

进气谐振器对汽油机进气性能影响的计算分析

利用进气谐振增加进气量是提高发动机动力性能的有效途径。在实验结果与计算结果对比验证方法可行的基础上,采用数值计算的方法,对并联进气谐振器各参数对单缸发动机充量系数的影响规律进行研究,结果表明:采用谐振器能够使谐振转速附近的充量系数提高2％左右;通过改变谐振腔、谐振管管径及管长等参数就能够改变充量系数最大点的位置,且最大充量系数所对应的转速要比谐振转速高50r／min;谐振器管的横截面积与进气管有效流通面积相近时可以获得较好的充量系数,谐振器管横截面积过大或者过小都不利于谐振器效果的发挥;谐振器容积过大或者谐振管长度过长都会降低谐振效果。     

轴承腔油滴碰撞腔壁沉积特性分析

为提供轴承腔油膜流动状态分析所需基础参数,提出考虑温度条件的轴承腔油滴碰撞腔壁沉积特性分析模型.梳理油滴碰撞腔壁沉积准则,在考虑油滴温度变化的条件下,确定不同碰撞现象时油滴碰撞腔壁沉积质量和动量特性.以油滴碰撞腔壁时对腔壁的冷却效率为基础,借助热量守恒条件推导油滴碰撞腔壁的沉积热量特性.讨论温度效应、转子转速、油滴直径以及进气温度等参数对油滴碰撞腔壁沉积特性的影响.计算结果表明:考虑油滴在腔内运动温度效应后,油滴碰撞腔壁的质量沉积率和动量沉积率均略有降低;转子转速以及油滴直径增加后,油滴碰撞腔壁的质量、动量和热量沉积率均有所降低;随着进气温度的增加,油滴的热量沉积率增加.     

剖面浮标“浮星”可变浮力系统性能研究

为了提高柱塞泵的容积效率,针对可变浮力系统（VBS）中内油箱处于真空环境下的特殊应用工况,基于柱塞泵进油口压力与液压油饱和蒸汽压的关系,建立柱塞泵进油口压力数学模型,分析弹簧刚度、吸油管路直径和压载舱真空度对柱塞泵容积效率的影响;结合AMESim软件,重点分析VBS排油和回油的流量特性;为了验证仿真模型和计算结果的准确性,搭建VBS性能测试平台. 结果表明：当柱塞泵进油口压力低于液压油饱和蒸汽压时,容易发生气穴现象,柱塞泵的容积效率会明显下降;通过调节弹簧刚度、吸油管路直径和压载舱真空度等参数的取值范围,使进油口压力满足设计要求,可以提高柱塞泵的容积效率,降低剖面浮标的运行能耗,从而提高剖面浮标的续航能力.     

气动发动机活塞运动轨迹的优化设计

为解决高转速下动力与经济性能的下降，提出一种新的气动发动机曲轴连杆机构.通过建立气动发动机的进气模型和缸内工作过程模型，以压缩空气的比输出功最大为目标函数，给出优化的活塞运动轨迹曲线.分析了进气阀与活塞运动之间新的匹配关系.设计了复曲轴连杆结构，并得到调节进排气门的开关时刻与持续时间的方法.结果表明，在该机构实现的优化轨迹曲线中，在缸内压力达到进气压力之前，活塞的运动速度应该保持静止；缸内高压建立后，活塞的运动速度应与进气门的截面积保持线性关系；进气门关闭后，活塞速度应保持匀速运动.采用新机构后的压缩空气比输出功比原系统提高了一倍.     

二级增压系统中高压级压气机性能研究

为使高低两级压气机达到优化匹配,提高整个二级增压系统的效率,在二级增压系统试验台架上对高压级压气机的性能进行了研究。通过在增压系统中,使新鲜空气首先通过低压级压气机进行预压缩,提高其温度和压力,从而得到高压级压气机的高温高压进口条件。在两级压气机之间设置中冷器,使每一条等转速曲线,高压级压气机进口温度保持不变。试验结果表明,由于进口温度提高,压气机折合转速与实际转速相差较大,为达到预定压比,必须进一步提高压气机转速;进口压力大幅度提高是造成高压级压气机折合流量偏小的主要原因;为避免高压级压气机发生喘振,应控制高压级压气机的进口压力。     

错流型多级雾化旋转填料床传热性能的试验研究

采用空气冷却热水方式,对错流型旋转填料床进行传热性能试验.试验结果表明,比表面积、体积传热系数、以湿度为基准的气相体积传质系数均与雾化次数有显著关系,二次雾化比一次雾化增加21%,三次雾化比二次雾化增加18%,而与液流量无关.传热系数、以湿度为基准的气相体积传质系数不随雾化次数和液流量变化,基本上保持在0.52 kW·m-2·K-1,0.122 kg(m2·sΔH)-1.从而揭示出错流型旋转填料床强化气液传热的机理是由于将液滴雾化,极大地增加了传热面积,而不是提高了传热系数和以湿度为基准的气相体积传质系数.错流型旋转填料床经过三级雾化后,体积传热系数可达98 kW/(m3·K),结构更紧凑.     

挤压铸造ZA27合金的力学性能及摩擦磨损性能

研究了挤压铸造对ZA27合金力学性能的影响,挤压铸造可以显著地提高ZA27合金的常温力学性能和高温力学性能.随着比压的增加,其综合力学性能提高.比压为750 MPa时,与金属型重力铸造合金相比,抗拉强度提高了约19.2%,硬度提高了约25.5%,伸长率增加了12.3%.采用MM-W1立式万能摩擦磨损试验机研究了比压对ZA27合金的摩擦磨损性能的影响,结果表明,在转速为200 r/min,载荷为100 N,摩擦副为45钢,20号机油润滑条件下,挤压比压为750 MPa时,合金的摩擦磨损性能较好.