干度对气液两相动力循环理论功率的影响

为探究各类有机工质的干度对螺杆膨胀机气液两相动力循环理论功率影响的差异,选取典型的纯湿工质R152a、纯干工质R245fa以及二者按不同的质量配比所组成的Ca、Cb和Cc三种典型的非共沸混合工质为研究对象。通过改变螺杆机膨胀比RV、工质泡点温度T5等变量,得出系统理论功率Pt与蒸发器出口工质干度x之间的关系。结果表明,相同工况下,湿工质的理论功率Pt要明显高于干工质和等熵工质;所有工质的系统最大理论功率Pmax均随着RV或T5的增大,从高干度区(x=0.9～1.0)移向低干度区(x=0～0.2),所不同的是,RV或T5的变化对湿工质的影响要大于干工质和等熵工质。这说明,湿工质最适宜工作在螺杆膨胀机气液两相动力循环中,从而可以为螺杆膨胀机气液两相动力循环中有机工质的选取提供参照。     

以空气为工质的含油涡旋膨胀机性能的试验研究

搭建了以压缩空气为工质的涡旋膨胀机性能测试平台,研究了涡旋膨胀机润滑油量和进出口工质参数对其输出性能的影响。结果表明:油气比在0.4%~10.0%范围内涡旋膨胀机输出功率和效率稳定不变;涡旋膨胀机输出功率随进出口压比的增大而增大,等熵效率受欠膨胀损失影响随进出口压比的增大而降低;涡旋膨胀机输出功率、等熵效率和容积效率均随转速的增大而增大,机械效率随转速的增大而降低,膨胀机运行效率在转速为2600r/min时达到最大值58.9%。     

非共沸混合工质用于螺杆膨胀机双循环低温余热回收系统的理论研究

以典型干工质R245fa和典型湿工质R152a为组元的按不同质量比例组成的M1、M2和M3这三种典型的非共沸混合工质,在设定工况下对其应用于螺杆膨胀机双循环低温余热回收系统性能进行理论研究。针对非共沸混合工质相变时发生温度滑移以及螺杆膨胀机压降小,出口参数高的特性,系统中引入内部回热器。分析结果表明,使用混合工质可拓宽螺杆膨胀机双循环系统的工质选择范围并且混合工质换热过程与变温热源能很好的匹配,从而可以减少传热温差带来的不可逆损失,同时使用混合工质可降低系统工质质量流量;非共沸混合等墒工质在设定工况下循环效率不是最高,但膨胀比最小,可减少膨胀机体积,降低设备制造成本;非共沸混合工质应用于螺杆膨胀机双循环系统时,引入内部回热器能够使循环效率得到明显提高。     

变截面涡旋膨胀机的数学模型及试验研究

为了研究变截面涡旋膨胀机的性能,提出了一种由圆渐开线、高次曲线、双圆弧加直线修正构成的组合曲线,根据其涡旋型线的数学表达式,建立了热力学模型和气体力模型。通过对建立的数学模型求解,得到了容积、压力、温度和输出功率随主轴转角的变化规律。研制开发了变截面涡旋膨胀机并搭建了性能测试平台,对不同进气压力下的发电功率进行了测试,结果表明,构建的数学模型能够较为准确地描述变截面涡旋膨胀机的吸气、膨胀及排气全过程,从而证明了所建数学模型的正确性。     

涡旋膨胀机的性能模拟

为了研究涡旋膨胀机的性能特点,从等截面和变截面涡旋膨胀机的几何模型出发,分析了等截面和变截面涡旋膨胀机容积在一个运转周期内的变化情况。基于质量和能量守恒构建了涡旋膨胀机的整体数学模型,通过对数学模型的求解,得到了涡旋膨胀机工作腔内工质的压力、温度和质量随主轴转角的实际变化规律。通过对涡旋膨胀机数学模型的定量化分析,揭示了等截面和变截面涡旋膨胀机几何参数对其性能的影响规律,为涡旋膨胀机类型的选择以及涡旋膨胀机的性能优化研究打下了基础。     

单螺杆膨胀机在有机朗肯循环系统中的性能研究

对于有机朗肯循环(Organic Rankine cycle,ORC)系统,膨胀机的选择对系统性能的影响至关重要。单螺杆膨胀机作为一种新型的容积式膨胀机,非常适用于中小型ORC系统。为了研究单螺杆膨胀机在ORC系统中的性能,搭建完成以烟气为热源、R123为循环工质的ORC系统试验台。通过改变单螺杆膨胀机的输出转矩和背压以及有机工质的蒸汽干度,获得单螺杆膨胀机相应性能的变化,并得到单螺杆膨胀机的最大输出功率为5.46 k W,最大总效率和容积效率分别为48.7%和80%。试验结果表明,在热源不变的条件下,单螺杆膨胀机的膨胀比随着转矩的增加、干度的增加而增加,而随着背压的增加而降低;容积效率随着转矩的增加和干度的增加均为下降;单螺杆膨胀机的总效率随着背压和干度的增加而降低,而随着转矩的增加先增加而降低。     

采用螺杆膨胀机的ORC系统特性试验研究

有机工质朗肯循环（Organic Rankine cycle,ORC）能回收工业余热产生高压蒸气,并由膨胀机输出机械功,是一种具有广泛应用前景的节能技术。工质泵和膨胀机作为ORC循环运行的两大核心机械,实现不同热源流量或温度条件下,工质泵频率和膨胀机转速的匹配,可有效提高ORC循环效率。基于ORC循环的热力学分析,选用R245fa作为循环工质,采用适用性广、可靠性高的螺杆膨胀机,设计并搭建了ORC系统试验台,根据试验结果,重点研究螺杆膨胀机转速、工质泵频率及蒸发器出口过热度对系统性能的影响。结果表明：膨胀机转速的增加会使得系统中工质的循环流量上升,但对蒸发压力的影响较小;存在与工质泵频率相匹配的最佳膨胀机转速,使得系统的循环热效率达到最大;工质泵频率增加时,工质的循环流量和蒸发温度也随之增大,蒸发器换热量、膨胀机输出功率及系统循环热效率都有所上升;蒸发器出口过热度的变化基本不会影响系统热效率。     

膨胀比对活塞式膨胀机工作特性影响的研究

活塞式膨胀机在压缩空气储能领域具有广泛的应用,但是效率低,很大程度上限制了其发展。为改善活塞式膨胀机的工作性能,通过MATLAB建立活塞式膨胀机的仿真模型,通过实验方法验证仿真模型的准确性,以输出功率和效率作为性能指标对活塞式膨胀机进行研究,分析了进气压力、间隙容积、进气持续角对膨胀机输出特性的影响。结果表明：在恒定工况下,随着进气压力的增大,膨胀机的输出功率增大,但效率降低;在稳定的进气压力下,膨胀机存在最优间隙容积与进气持续角;活塞式膨胀机的效率随进气持续角的增大而降低,进气持续角越大膨胀机输出功率随转速的升高下降斜率增大;3 MPa的进气压力下,膨胀比为2.18时膨胀机的效率最佳,进气持续角为90°时膨胀机输出功率最优,在转速为570 r/min时输出功率达最大4.29 kW、效率达到19.6%。为可变膨胀比活塞式膨胀机的设计提供了理论依据。     

有机朗肯循环涡旋膨胀机性能试验研究

搭建了以R123为工质,设计输出功率为3kW的有机朗肯循环涡旋膨胀机试验系统,对涡旋膨胀机在不同工况下的性能进行了试验研究。试验得到涡旋膨胀机的最大输出功率为2.425kW,最高等熵效率为55%。变负载研究中涡旋膨胀机的转速变化范围为1550²165r/min。试验工况范围内,涡旋膨胀机输出功率、总机械效率随负载的增加而增加,转速随负载数量的增加而降低。     

涡旋压缩机几何模型研究

讨论了涡旋压缩机的几何参数，给出了任意圈涡旋压缩机涡圈圈数的明确定义和封闭工作腔对数的概念；在分析计算开始排气时的主轴转角的基础上，推导出压缩机从吸气开始到排气结束这一循环过程的几何容积计算公式。根据压缩机实际排气孔口结构，利用计算机绘图和曲线拟合的方法对排气过程的流通截面积进行了分析，得出了4个流通截面积以及排气孔口有效流通截面积随压缩机主轴转角的变化规律，为分析研究排气过程的流动损失奠定基础。     

驻室抽气压缩机及其与风洞性能相关性研究

为了研究驻室抽气压缩机及其与风洞性能的相关性,对E71-3离心压缩机进行了性能试验,并进行了驻室抽气性能测试。试验结果表明:(1)E71-3离心压缩机实测最高压比4.516,设计点多变效率81.8%,达到了设计要求。(2)风洞运行总压升高,压缩机多变效率降低。(3)风洞试验段Ma=0.9~1.1时,驻室抽气量对风洞模型区梯度的影响不大,但驻室抽气量超过4%后风洞马赫数均方根偏差明显增大;压缩机稳定在中等转速、适量抽气量的工况,且入口流量调节阀全开,风洞流场品质较好,运行成本最低。     

风力机动态偏航时对风轮气动性能影响的数值模拟研究

本文是对动态偏航风力机输出功率和风轮表面的压力分布进行了研究。以某S翼型风力机叶片为研究对象,采用有限元方法,模拟叶片在额定工况下以10°/s的旋转速度从正对来流风开始顺时针匀速偏转30°。在动态偏航过程中取10°,20°两个偏航角位置时的风轮表面气动力及5°,10°,15°,20°,25°,30°六个偏航角下风轮的输出功率分别进行气动力及输出功率对比,结果发现:同一偏航角下,风力机动态偏航时,三支叶片间存在不平衡气动力;同一偏航角同一叶片相同径向位置,风轮动态偏航时压力面与吸力面的压强差小于风轮静态偏航时压力面与吸力面的压强差。风力机发生动态偏航时,风力机受气动力变化幅度较大,输出功率会较大波动。     

往复压缩机气量调节系统气阀瞬态特性的研究

基于主动控制进气阀的气量调节系统具有调节范围大、节能效果好等优点,适用于工艺流程中大型压缩机。本文依据热、动力学理论建立了耦合阀片运动的往复压缩机热力学模型,模拟了气缸内气体瞬态压力变化规律及进气阀片运动特性。研究结果表明:调节工况下自动阀和强制阀方式同时存在,执行机构延迟关闭进气阀,使压力升高过程延迟,实现压缩机流量及功率的降低。执行机构在气阀完全打开后作用,不影响气阀打开过程,仅利用撤销时间控制压缩机气量。调节工况下阀片打开速度不变,但关闭速度增大,且阀片与阀座间的最大撞击速度随执行机构撤销角度的增大而增大。由于气阀打开及关闭存在时间延迟,执行机构撤销时间在主轴转角为160°~295°范围内变化时,已实现气量0~100%范围调节。     

转速对直叶片升力型风轮动力特性影响数值研究

采用非定常k-ω湍流模型和滑移网格技术,对旋转直径3 m、高3 m和叶片弦长0.44 m的直叶片升力型风轮动力特性进行二维数值研究,分析在三种不同转速下单叶片动力特性、叶轮动力特性及叶片表面压力特性的变化规律。研究发现：随转速增加,上盘面叶片动力矩极高值先增加后减小存在最大值,下盘面动力矩极低值在逐渐减小且范围变广,证明上盘面为风轮的主要做功区域,下盘面对风轮出力贡献少甚至为负值;随转速增加,上盘面叶片表面压力差在增大,吸力面负压增加幅度较明显,压力面增加幅度较缓,证明吸力面对出力增加的贡献更大;叶轮整体出力由上盘面力矩、下盘面力矩和转速三个因素决定,只有均衡三者关系才能增大风轮整体出力。     

压缩机吸气阀与排气阀的功耗对比

阐述了压缩机吸、排气阀功耗的简易计算方法,并得到了压缩机吸、排气阀功耗比的计算公式,分析了连杆比、气体等熵指数、相对余隙及压比对吸、排气阀功耗比的影响。当压比较小,吸、排气阀数量及有效通流面积一致时,吸、排气阀功耗接近。当压比较大导致吸气阀功耗远大于排气阀时,为有效降低气阀总功耗,吸气阀数量或有效通流面积应大于排气阀。     

串联泵控液压系统设计及其仿真脉动和能耗优化分析

选择双液压泵串联的组装方式,可达到泵高速运转并获得高压力效果,充分减小回路的节流损失。该结构完成压力分级叠加,获得更大的液压系统动力源输出压力,采用此动力源能够满足高压力与大流量的液压系统使用要求,进一步通过仿真方式对其脉动和能耗优化展开分析。结果表明:当负载增大后,串联泵控液压系统的流量脉动区间减小。串联泵控液压系统流量脉动随着负载增加变动不明显,表明本系统设计具有很好的稳定性。对电机转速进行调整后,串联泵控液压系统相对单泵系统的齿轮泵发生流量脉动显著降低;可使系统承受更高负载,使液压泵达到更低的输出流量;可以利用功率叠加的过程达到通过低功率电机获得大功率输出的目的。     

基于真实热力学过程分析的气动弹射性能研究

在高压气动热力学过程中,压力远大于临界压力、温度远偏离对应的玻义耳温度,基于理想气体的热力学参数失去真实性,气动性能的品质就无法保证。针对高压空气弹射发射系统,基于对应态方程和改进的维里方程,建立气动方程组,进行真实的动态热力学研究。推导高压空气的余函数的解析表达式,获得温度、压力大幅度变化条件下的真实热物性质参数。利用余函数对动态过程中热物参数的不确定性进行反馈补偿,数值求解气动方程组。对比的数值结果表明,弹射过程余比焓的值偏高,工质状态远远偏离理想气体;弹射过程工质压缩性强,最大压缩因子达1.101 3;真实气体效应增加高压室中压力、温度下降的速率,降低低压室压力、温度上升的速率;高压空气真实的做功能力偏低,但过载平稳。     

PQ控制变量泵比例换向阀参数对压力特性的影响仿真研究

针对电液比例压力流量控制轴向变量柱塞泵,利用AMESim软件建立其整体模型。对该变量泵压力特性进行了仿真研究,并重点考察了电液比例换向阀参数的变化对泵压力特性的影响。仿真结果表明,电液比例换向阀的弹簧刚度和弹簧预紧力的设定值越大,变量泵输出压力的稳态值也越大;在避免比例换向阀的阀芯质量过小基础上,尽量减小阀芯质量,并设定适当大小的阻尼孔孔径和阀芯直径,可减小输出压力的超调量,改善变量泵的工作品质。     

Aerodynamic performance analysis of partial admission dual row control stage at different working conditions

Aerodynamic performance of partial admission dual row control stage at the rated and off-designed operating conditions was numerically investigated using three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) and k -ε turbulence model. The full scale computational model includes the four nozzle boxes, full first and second row rotor blade, as well as two admission guided vanes with consideration of the rotor tip clearance and stator diaphragm gland. The numerical results of the mass flow rate, power output and aerodynamic efficiency of the dual row control stage at the rated and off-designed conditions are well in agreement with the experimental data. The obtained results at rated condition show that the blocking segmental arc of guided vane increased the exit pressure of the upstream nozzle, which reduced the mass flow rate and changed the aerodynamic performance of the nozzle. The circumferential non-uniformity of aerodynamic parameters and partial admission losses increases with the decrease in the admission degree for the computed three operating conditions. The analysis of axial steam velocity shows that the trailing shedding vortex and the complex flow vortex in flow passages have a significant impact on the magnitude and direction of the axial steam velocity. Furthermore, the partial admission degree changed the proportions of the power output of two rotor blade rows. The lower partial admission degree leads to a larger proportion of the power output of the first rotating blade row. The detailed flow pattern in the partial admissions dual row control stage at different operating conditions is also illustrated.     

进气预旋的轴流风机流动的数值分析

通过数值模拟,对某单级轴流风机内的流动进行分析,计算结果表明：随着预旋角的增大,静压、全压、轴功率以及效率都随之减小。在负预旋情况下,叶顶前缘处存在明显的低压区。吸力面的分离对预旋角变化敏感。随着预旋角的减小,流场的非定常性也增强,分离尺度增强。