螺旋式气波制冷机结构参数匹配数值研究

结合理论分析和数值计算，对螺旋式气波制冷机中的核心结构——波转子，进行了结构敏感性分析.首先，根据波转子内激波与膨胀波等波系的流动，建立螺旋式波转子的理想波图，由此揭示波转子内能量传递与气体流动规律.在此基础上给出一维螺旋式波转子结构设计方法，该方法具有一定精度，可以用于指导螺旋式气波制冷机设计.接下来建立螺旋式压力振荡管的数值模型，研究波转子垂直长度、螺旋长度以及螺旋导程对其效率的影响，并提出最优螺旋导程的拟合方程.最后，建立螺旋式气波制冷机整机模型，对比不同螺旋导程下的等熵制冷效率.结果表明，对一定垂直长度的波转子来说，随着螺旋导程的增大，等熵制冷效率先增大后减小，与拟合方程结果相符.经过螺旋最优化的波转子等熵制冷效率高于同垂直长度的均直型波转子，提高值可达13%.     

相对湿度对波转子制冷性能影响

波转子制冷常用于气体除湿,介质的相对湿度将影响波转子制冷性能.利用UDRGM修正极性气体物性,建立了水-空气凝结蒸发模型,并搭建了两相波转子制冷实验平台,对相对湿度影响波转子制冷性能的规律进行研究.结果表明,随着相对湿度的增加,波转子制冷效率逐渐降低,变化趋势基本呈线性.转速2200 r/min下,相比于干燥气,当压比...     

Wave rotors used for expansion refrigeration technology

波转子是一种利用通道内压力气体接触时产生的各种气波运动实现能量转换的非定常流动设备.提出了一种新型的四端口返流波转子制冷机——压力交换制冷机,并利用一维非定常流动理论和计算流体力学方法分析了其工作过程和制冷原理,得到了该设备正常工作的基本限制条件;实验研究了影响压力交换制冷机的各种因素.目前该机实验室等熵效率已达68%,表明在气体膨胀制冷领域将波转子用于制冷技术前景看好.     

单级及多级气波制冷技术

项目研发单位：大连理工大学。 项目简介：气波制冷机是一种先进的利用气体压力能产生激波和膨胀波使气体致冷的新型制冷节能机械,它可在不需要任何外加动力驱动的情况下,完全利用装置进出口气体压差来使机器旋转。该机依靠压力气体射流对接受管内的驻留气做不定常膨胀功而制冷,故能在较低的转速下高效率地完成制冷过程,在机器产生冷量的同时还可输出热量,机器等熵效率现已达75％以上。     

压缩比和膨胀比对气波分压器性能影响

气波分压器是一种新型压力交换设备.首先通过数值模拟方法,揭示气波分压器的工作原理,而后搭建实验平台,研究压缩比和膨胀比对气波分压器的中、低压端口间制冷温降和高压出气流量占比的影响.实验结果表明:在膨胀比一定时,中、低压端口间制冷温降和高压出气流量占比随着压缩比的增大而减小;膨胀比越大,其所能达到的极限压缩比越大,即在膨胀比越大的情况下,其能实现的增压范围越广,当膨胀比为2.4时,其极限压缩比约为1.375.在压缩比一定的情况下,中、低压端口间制冷温降随着膨胀比的增大而增大,而高压出气流量占比随着膨胀比的增大呈先增大后减小的趋势,在其他操作参数和结构参数不变的情况下,最大高压出气流量占比对应的膨胀比不随压缩比的改变而改变.     

絮凝搅拌器内部流场特性数值模拟

在气液交界面形态对比和LDV试验验证基础上,基于CFX 侵入式实体模型,应用标准k-ε湍流模型对容积为1 L的絮凝搅拌器内部流场特性进行了数值研究.结果表明:下循环区的流体运动速度和速度梯度较大;搅拌强度增加,速度梯度增大;转速对叶轮附近切向速度梯度影响最大,该区域切向速度梯度值与其他区域最大相差两个数量级;下循环区湍流耗散率、湍流动能和涡流黏度较高;在研究转速范围内,转子转速对湍流动能影响相对较大,对涡流黏度影响相对较小.     

压力波制冷机性能的数值分析

对有关因素如膨胀比ε、射流激励频率、管外换热状况等对压力波制冷机制冷效率的影响进行了数值研究 .结果表明 ,在ε<5时制冷效率随ε的增大而提高 ,在一定工况下存在一个最佳的射流激励频率 fopt,强化管外传热可使制冷效率明显提高 .当射流激励频率偏离 fopt 时 ,压力波制冷机将出现排气倒流现象 .     

响应曲面法在柴油机配气相位优化中的应用

使用AVL-BOOST建立某186F柴油机的计算模型,通过计算模型产生响应曲面设计试验点的数据.采用中心复合设计将得到的响应数据建立响应曲面模型,并对响应模型进行方差分析及回归系数显著性检验,确保所建立的三元二次模型的可信度.由响应模型绘制等值线图、响应曲面图.使用Minitab响应优化器求解标定转速处最优的配气相位,并采用优化后的配气凸轮进行柴油机试验验证.结果表明:进气迟闭角对该柴油机标定点的比油耗影响最为明显,排气提前角次之,适当增大进气迟闭角、排气提前角和气门重叠角可以提高柴油机高转速区的充量系数和经济性;当转速超过2 800 r·min~(-1)时,充量系数和比油耗较原机均有不同程度的增大与减小,其中标定点处的比油耗降低了2.12%,充量系数增大了4.88%.     

低温有机朗肯循环系统参数的理论与实验优化

着眼于低温热能的发电利用,以R245fa为循环工质、系统比净功最大为目标,针对进口温度为90,℃的热水型热源开展有机朗肯循环参数理论优化与系统参数实验优化研究.理论优化得最优蒸发、冷凝温度分别为62,℃和33,℃.ORC系统实验得最优蒸发温度为69,℃,此时系统实验比净功为4.31,kJ/kg;测得实验所用涡旋式膨胀机的最优转速和最优压比分别在800,r/min和1.9左右,在该转速和压比附近,膨胀机的定熵效率取得最大值82.7%.     

两级刷式密封泄漏特性的实验与数值研究

基于刷式密封的泄漏量实验测试平台和Non-Dareian多孔介质方法的泄漏流动数值模型,详细研究了密封间隙、压比和转速对两级刷式密封泄漏流动特性的影响规律,分析了两级刷式密封的泄漏流动形态以及刷丝束表面的压力分布规律.结果表明:在相同的间隙和转速下,两级刷式密封的泄漏量随着压比的增加而增大;在相同的转速和压比下,两级刷式密封的泄漏量随着间隙的增加而增大;在相同的压比和间隙下,两级刷式密封的泄漏量随着转速的增加而减小.转子高速旋转时产生的离心伸长效应使密封间隙减小,因此数值计算时考虑转子的离心伸长效应对密封间隙的影响可以更加准确地预测两级刷式密封的泄漏量.     

空气制冷循环最优性能解析

通过建立单级空气制冷循环的量纲为一的热力学模型,推导出对应最优性能系数的压比公式,以及最优压比下的循环性能参数解析表达式.在此基础上针对不同的运行工况和转动部件效率,对循环性能进行数值分析,发现:高低温热源温差的增大,最优压比升高,最优性能系数下降,单位制冷量升高.提高转动部件效率,最优压比小幅降低,最优性能系数大幅升高以及单位制冷量大幅下降.同比之下,膨胀机效率对系统最优性能的影响更大.这些都有助于实际空气制冷系统的优化设计.     

喷油泵转速变化对乳化液喷雾特性的影响

采用高速摄影技术,研究了压力雾化喷嘴对甲醇、水和柴油多组元乳化液的雾化特性.结果表明:当实验工质为乳化液时,提高喷油泵的转速,喷油器喷嘴的有效喷射压力随之上升,喷雾贯穿速度提高,喷雾锥角增大,喷雾的持续时间增长;乳化液和柴油的喷雾有一定的差异,即柴油的喷雾锥角比乳化液的大,喷油器的嘴端压力比乳化液的小,喷雾持续时间也比乳化液的短.     

针板电极作用下液体界面不稳定性分析

以去离子水为离散相液体,生物柴油为连续相液体,根据界面应力平衡,建立了针板电极作用下离散相液体的色散方程,分析了支配离散相液体变形破碎的界面波特性.采用显微高速摄像技术,对荷电去离子水在生物柴油中的界面形态变化进行了可视化研究,将去离子水在生物柴油中的破碎模式分为滴状模式、摆动滴状模式及锥-摆动射流模式.试验观察了不同模式中的界面波特征,结果表明:滴状模式下仅有轴对称界面波存在;在摆动滴状模式、锥-摆动射流模式中,轴对称界面波与非轴对称界面波共存;随着荷电电压的增大,轴对称界面波与非轴对称界面波的最优波数均增加;轴对称界面波的最优波数大于非轴对称界面波,但其增长倍率小于非轴对称界面波.     

喷油策略对低压缩比柴油机不同海拔起动性能的影响

基于高原环境模拟试验台,以一台压缩比为14.25的增压柴油机为试验对象,进行了平原0 m、模拟海拔高度1 000,2 000,3 000,3 750,4 500m处的起动性能试验,并研究了供油提前角和循环供油量对低压缩比增压柴油机在不同模拟海拔时的起动性能影响.结果表明,随着海拔升高,低压缩比柴油机起动过程初始期延长,升速期转速升高率降低,下冲转速增大,过渡期时间延长,起动性能恶化.且在高海拔条件下,海拔高度的上升对低压缩比柴油机起动性能的影响更加显著.在海拔高度2 000m及以下,海拔高度每升高1 000m,升速期及过渡期平均延长1.10s和1.47s;在海拔高度3 000m及以上,海拔高度每升高1 000m,起动过程中升速期及过渡期平均延长18.48,2.75s.在平原时,增大供油提前角使起动性能恶化:起动阶段初始期延长,升速阶段转速升高率降低,升速期和过渡期时间延长;不同循环供油量策略对平原起动过程影响较小.当海拔为4 500m时,适当增大供油提前角和适当减少喷油可改善低压缩比柴油机高原起动性能,循环喷油量过大会导致升速期内滞速现象的出现,起动稳定性变差,循环喷油量过小会导致初始期和升速期延长.     

喷油策略对低压缩比柴油机不同海拔

基于高原环境模拟试验台,以一台压缩比为14.25的增压柴油机为试验对象,进行了平原0 m、模拟海拔高度1 000,2 000,3 000,3 750,4 500 m处的起动性能试验,并研究了供油提前角和循环供油量对低压缩比增压柴油机在不同模拟海拔时的起动性能影响.结果表明,随着海拔升高,低压缩比柴油机起动过程初始期延长,升速期转速升高率降低,下冲转速增大,过渡期时间延长,起动性能恶化.且在高海拔条件下,海拔高度的上升对低压缩比柴油机起动性能的影响更加显著.在海拔高度2 000 m及以下,海拔高度每升高1 000 m,升速期及过渡期平均延长1.10 s和1.47 s;在海拔高度3 000 m及以上,海拔高度每升高1 000 m,起动过程中升速期及过渡期平均延长18.48,2.75 s.在平原时,增大供油提前角使起动性能恶化：起动阶段初始期延长,升速阶段转速升高率降低,升速期和过渡期时间延长;不同循环供油量策略对平原起动过程影响较小.当海拔为4 500 m时,适当增大供油提前角和适当减少喷油可改善低压缩比柴油机高原起动性能,循环喷油量过大会导致升速期内滞速现象的出现,起动稳定性变差,循环喷油量过小会导致初始期和升速期延长.     

含相变压力振荡改进算法及其验证

压力振荡制冷技术广泛应用在天然气等含湿气体冷凝分离系统中.当含湿气体含有水蒸气等极性物质时,热力学计算需要考虑介质真实气体效应.利用CPA气体状态方程对湿空气凝结蒸发模型进行改进,并搭建了实验平台进行验证.结果表明:经CPA气体状态方程改进后的数值模型相较于理想气体模型可以更为准确地描述水蒸气的凝结和蒸发行为,为含湿天然气制冷提供了理论基础.随着高压入口饱和湿空气压力从0.2 MPa升至0.4 MPa,两种模型计算得到的制冷效率差距逐渐增大;与实验数据相比,改进后的数值模型的计算结果相较于理想气体模型更为准确,变化趋势也更为符合.在此基础上,利用改进后的数值模型对水蒸气在压力振荡制冷过程中的液化率进行计算,为含湿天然气制冷后的气液分离过程提供了设计依据.     

背板对氧化铝陶瓷薄板断裂锥形态的影响

采用弹道侵彻试验与有限元数值模拟相结合的方法,研究了背板条件对氧化铝薄板陶瓷/金属复合装甲在抗12.7 mm穿燃弹过程中形成的陶瓷锥角大小与形态的影响,并分析了陶瓷锥形成的过程与机理.结果表明:背板厚度对于陶瓷锥大小的影响尤为明显,当背板厚度增大时,主裂纹汇聚的交点越靠近弹靶接触面,此时拉剪裂纹的扩展起到了主要作用,当背板厚度与陶瓷厚度之比小于1时,厚度比每增大1/6,陶瓷锥锥角大小增加5%;当界面间波阻抗差值减小即背板材料波阻抗升高时,从界面反射的应力波减弱,从而减小了对陶瓷的损伤,陶瓷断裂锥锥角大小也随之减小.      

不同流场特性下的PS/HDPE共混物性能

介绍了动态拉伸形变支配的叶片式混合装置的结构及工作原理,在该混合装置及商品化的以剪切形变为主的Brabender转子密炼机上进行PS/HDPE熔融共混实验,分析了转子轴转速和混合时间对共混物力学性能、流变性能及微观形貌的影响.结果表明:与Brabender转子密炼机类似,叶片式混合装置制得的PS/HDPE共混物的拉伸强度随混合时间的延长和转子轴转速的升高先增加之后基本保持不变;与Brabender转子密炼机相比,叶片式混合装置的转子轴转速对共混物分散相粒径的影响较小,且转速相同时达到相同的分散相粒径叶片式混合装置需要的混合时间较短;随转子轴转速升高和混合时间延长,利用转子密炼机共混所得共混物表观黏度基本保持不变,而叶片混合装置共混得到的共混物表观黏度降低.叶片混合装置比Brabender转子密炼机的混合效率高,混合效果更好.     

电子膨胀阀制冷剂流量系数的试验研究

通过搭建的液环法节流机构流量特性试验台,进行了不同制冷剂质量流量测试.采用R22制冷剂,试验研究了电子膨胀阀开度、节流前后压差、入口制冷剂密度、出口制冷剂比体积以及阀头半锥角、流通面积和径向间隙对电子膨胀阀制冷剂流量系数的影响规律,获得了较大工况范围内流量系数的量化关系.结果表明,相对偏差在±6.5%以内,提出的关联式可以广泛应用于制冷空调领域的阀头线型设计中,以提高设计效率和经济效益.     

旋转填充床中柠檬酸钠法烟气脱硫的实验研究

以柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液作为吸收液,在旋转填充床中进行模拟烟气中SO2(体积分数约为0.4%)的吸收实验,考察了各操作条件对脱硫率的影响。实验结果表明:脱硫率随转子转速、液气比的增大而逐渐增大,但均是达到某一值以后基本不再增加;吸收液的初始pH值越大、温度越高、柠檬酸钠浓度越大,则脱硫效果越好。旋转床中柠檬酸钠法烟气脱硫的适宜工艺条件为:旋转填充床转速1200 r/min,液气比8~12 L/m3,吸收液的初始pH值4.5~5.0,柠檬酸钠浓度0.6 mol/L。