CO2滑片膨胀机热力过程试验研究

为了提高制冷系统的效率，研制了滑片膨胀机，以替代跨临界CO2制冷循环中的节流阈．利用膨胀机气缸上2只相隔一定角度的压力传感器，获得了工作腔内压力随转角变化的完整曲线（p-θ图），并通过p-θ图分析了膨胀机的内部热力过程．结果表明：研制的滑片膨胀机能够实现连续、稳定的膨胀过程，但严重的内部泄漏使得膨胀过程中的压力下降非常迅速，并导致过度膨胀现象发生；[第一段]     

滑片膨胀机槽底引压结构的研究

针对滑片膨胀机工作过程中高压进口流体在经过吸气孔口时对滑片冲击而造成滑片被压入槽底且无法与气缸内壁正常接触的问题,提出了一种滑片槽底引压结构.该结构将高压流体引入滑片槽底容积腔内,通过引入槽底的高压气体力来削弱进气冲击影响,保证滑片与气缸内壁良好接触.通过理论计算,得出了槽底引压结构的最优结构参数;通过比较无引压和有引压结构的膨胀机在相同工况下的实验结果,得出了引压结构对膨胀机工作过程中动力过程和热力过程的影响机理.研究结果表明:利用槽底引压结构,膨胀机能够在跨临界CO2制冷系统中稳定运行;滑片与气缸内壁贴合情况大幅改善,膨胀机性能大幅提高,输出功率最高达到了682 W,绝热效率最高值从无引压时的23.7%增长到有引压时的49.8%.     

CO2滑片膨胀机热力过程的试验研究

为了提高制冷系统的效率,研制了滑片膨胀机,以替代跨临界CO2制冷循环中的节流阀.利用膨胀机气缸上2只相隔一定角度的压力传感器,获得了工作腔内压力随转角变化的完整曲线(p-θ图),并通过p-θ图分析了膨胀机的内部热力过程.研究结果表明:所研制的滑片膨胀机能够实现连续、稳定的膨胀过程,但严重的内部泄漏使得膨胀过程中的压力下降非常迅速,并导致过度膨胀现象发生;通过在滑片底部设置弹簧,改善滑片与气缸内壁之间的密封,在p-θ图上能观察到膨胀过程趋于理想的情况;在膨胀机的进、出口之间密封圆弧处增加密封条,可以显著提高膨胀机的进、出口压力差,说明该处泄漏得到大幅减少;所研制的膨胀机绝热效率在20%左右,且随转速的改变没有明显的变化,降低高压差下的气体泄漏是今后样机改进的重点.     

带导叶气缸随转滑片式膨胀机性能的数值模拟

为向中小型发电场合提供适宜动力部件,提出了一种新型带导叶的气缸随转滑片式膨胀机,其设有随转子转动的气缸以减小磨损摩擦,缩小转子以增大腔室容积,且在进、排气流道中增设用以改善流动的导叶结构.结合动网格技术,选取RNG k-ε湍流模型,采用FLUENT软件对滑片数目分别为6和12的膨胀机方案进行动态模拟,并分析其内部流场特征及排气质量流量、温度和泄漏流量的变化以优化各方案性能.结果 表明:增加滑片数目有利于增强排气连续性,但膨胀机性能及效率略有下降;若将排气终边延后25°,则能减弱余隙容积的影响,使膨胀机性能提高,其平均排气质量流量增大2.42％,平均排气温度降低4.56 K,等熵效率提高2.08％,平均泄漏流量减少5.71％.     

HFC410A两级滑片膨胀机性能参数的模拟计算与实验研究

为了提高制冷系统的性能系数,减小传统节流元件对系统造成的不可逆节流损失,研究两级滑片式膨胀机在中小型制冷系统中的应用,对其进行变转速、变冷凝压力以及变过冷度等实验研究,并与数值模拟结果进行对比。结果表明:提高转速可以减小两级滑片膨胀机的泄漏量,从而提高容积效率,但会增大摩擦损失,使等熵效率和输出功先提高后降低,转速为1 400r·min-1系统性能系数提高率取得最大值;提高冷凝压力增大了膨胀机进出口压差,使容积效率降低,由于摩擦损失和泄漏损失随压比变化,输出功和等熵效率先增后减;减小过冷度更利于系统性能,过冷度平均每减小1℃回收功可提高2.2%,对过冷度较低的系统性能的提升更显著。由此可见,两级滑片膨胀机在中小型制冷系统的应用是可行的,合理调节转速、冷凝压力以及过冷度可以提高系统的整体性能。     

一种新型自由活塞式膨胀机的研制及试验研究

研制出一种具有新型吸、排气控制机构的双作用自由活塞式膨胀机，用于替代跨临界CO2制冷循环中的节流阀并回收膨胀功，在空气试验台上通过膨胀腔内动态压力测量对膨胀机及其吸、排气控制机构的工作原理进行了验证，并利用p-t和p-V指示图对膨胀机性能进行了试验研究．试验结果表明：膨胀机的吸、排气控制机构能够按照要求实现膨胀机的正常吸、排气；膨胀机能够在较宽的高、低压力范围内工作，膨胀机的工作频率随高、低端压力差近似成线性关系，并且膨胀机在10～17Hz频率范围内工作特性较佳，在10．2Hz下膨胀机的绝热效率约为62％．对膨胀机工作过程的进一步研究发现，吸气通道太长导致膨胀机吸气过程响应慢，是高频率下膨胀机吸气不充分及效率下降的重要原因．     

HFC410A制冷系统能量回收用滑片膨胀机的试验研究

为了减小hydro-fluorocarbons(HFCs)制冷系统在节流过程中的能量损失,提高系统的效率(COP),开发出一种代替节流阀的滑片膨胀机样机,并对样机的性能进行了测试.结果表明,该样机可以满足HFCs工质在膨胀过程中的高容积比的要求.在以HFC410A为工质的制冷系统中,当空调工况下膨胀过程的容积比达到7.48时,样机运行稳定;在1 100～1 200r/min的最佳运行转速下,样机等熵效率最高,对应的容积效率为20.58%.在滑片底部安装弹簧后,样机的容积效率提高到44.27%,等熵效率由原来的20.26%提高到32.07%.与节流阀系统相比,滑片膨胀机样机系统的COP提高了6.49%,达到了3.59.     

二氧化碳摆动转子膨胀机的受力分析

由于具有环保优势，近年来自然工质二氧化碳越来越受到关注．但二氧化碳工质应用的跨临界系统存在的最大缺点是节流损失大，导致系统循环性能系数较低．对二氧化碳跨临界摆动转子膨胀机进行了理论分析，为开发高效率膨胀机代替节流阀减小节流损失，提高系统效率提供理论帮助．对膨胀机摆动转子进行了受力分析的研究，建立了摆动转子膨胀机的受力方程，对摆动转子进行了受力计算，结果表明膨胀机的摆杆两侧摩擦力很大，导致摩擦损失增大．     

低温氦透平膨胀机的热力设计及性能分析

针对我国航天领域某重点项目的研制任务，设计了一台氦气体轴承低温透平膨胀机，并对其热力性能进行了分析和讨论。提出了一种考虑膨胀机整体热力性能及机械性能的透平膨胀机系统多目标优化方法。解决了透平膨胀机使用不同工质时相似准则的选取方法，进而在自行开发的较为完善的透平膨胀机一元流动性能预测程序的基础上，获得了模化时所应遵循的相似准则数。以人工神经网络为基础实现了透平膨胀机的性能转换问题。试验结果表明，所研制的氦气体轴承透平膨胀机的绝热效率大于71％；在出口温度为12.8K时，膨胀机效率已达到75％；膨胀机的最大制冷量接近2kW。     

CO2跨临界循环滚动活塞膨胀机的研究与开发--试验测试部分

为提高CO2跨临界循环的效率，降低系统的节流损失，用CO2膨胀机代替系统中的节流阀，并对其回收膨胀功进行了研究，设计和开发了两代CO2滚动活塞膨胀机样机，给出了两代CO2膨胀机的特点，同时进行了试验对比．试验测试结果表明滚动活塞形式的膨胀机在超临界和两相区运行是可行的．第二代膨胀机明显优于第一代膨胀机，可见采取的降低泄漏、减小摩擦等措施非常有效．膨胀机在CO2跨临界循环中运行，存在最佳转速，使膨胀机的输出功率达到最大。