带膨胀机CO2跨临界热泵系统的模拟计算与实验

为了分析带膨胀机CO2跨临界热泵系统的性能和运行特性,对该系统建立数学模型,将模拟计算结果与实验数据进行了比较,它们的最大偏差不超过25%.然后,利用所建模型分析了冷却水进口温度和流量,以及冷冻水进口温度和流量对系统性能系数的影响.结果表明,对冷却水来说,降低进口温度和增加其流量不仅有利于提高系统的性能系数,而且能够降低最佳高压侧压力,使系统能够在更加安全高效的工况下运行.对冷冻水来说,增加冷冻水的进口温度和流量对提高系统的性能系数非常有利,而对最佳高压侧压力的影响并不是太大.通过对系统的性能进行模拟计算,可为系统的优化设计和操作运行提供理论依据和指导.     

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]     

CO2双缸滚动活塞膨胀机Fluent模拟与分析

研究用双缸滚动活塞膨胀机代替节流阀,以提高CO2跨临界循环的效率.为了更清楚地研究CO2双缸滚动活塞膨胀机的工作情况,对其工作时内部的压力场、不同长径中间通道的压力场和湍流强度场进行了Fluent模拟与分析,压力场分析结果可以看出膨胀前后容积并非完全等于一级气缸和二级气缸的容积,还应加上中间通道的容积.不同长径中间通道...     

CO2跨临界两级压缩及膨胀机循环的性能分析

为了提高CO2跨临界制冷系统的性能,建立了单级膨胀机循环与4种不带膨胀机的两级压缩循环的数学 模型,并进行了性能计算．结果显示,当膨胀机的效率达到60％时,在给定的气体冷却器出口温度以及蒸发温度范 围内(低于-10 ℃时除外),单级膨胀机循环的性能系数高于两级压缩循环的性能系数．当蒸发温度低于-10℃ 时,带中冷器的两级循环的性能占优势．另外,4种两级压缩循环的排气温度都低于单级膨胀机循环的排气温度．     

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。     

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.     

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．     

跨临界CO2系统用膨胀机的开发与模型分析

为了提高跨临界CO2循环系统的效率,提出了一种不需要吸气控制阀的新型CO2系统用的双滚动转子式膨胀机机构.通过建立相应数学模型,对CO2制冷剂在该膨胀机内部的膨胀过程及主要部件受力状况进行了分析,为该新型膨胀机的后续开发研制提供基础.     

双螺杆膨胀机泄漏过程的数值模拟与分析

利用PROE软件建立双螺杆膨胀机的三维几何模型并测量计算出基元容积、进气孔口面积、泄漏面积随阳转子转角的变化,进行几何参数分析.然后以几何参数为基础,根据能量和质量守恒定律建立热力学模型,模型综合考虑了进气节流、泄漏和实际气体状态方程.选择不同的运行参数仿真分析基元容积中工质质量,通过各泄漏通道的泄漏质量随转角的变化以及对螺杆膨胀机内效率的影响.研究发现,进气和膨胀初期的泄漏是影响螺杆膨胀机内效率的一大因素,接触线和齿顶与机壳内壁是螺杆膨胀机主要的泄漏通道,进气压力的提高和转速的减小都会增加泄漏质量.     

孔隙率对埋地超临界CO2管道泄漏扩散的影响

长输管道中的超临界CO2流体一旦发生泄漏并扩散到周围环境中,将会造成极大的经济损失并对生命体构成潜在的生理危害。文章针对不同土壤孔隙率下埋地超临界CO2管道发生小孔泄漏初期的扩散规律展开研究。根据我国土壤特点选用0.35、0.45、0.55、0.65四种孔隙率,结合我国国内某油田超临界CO2埋地管道的输送工况参数,依据相关的基础理论建立三维土壤-管道模型,使用FLUENT专业模拟软件,模拟埋地CO2管道发生泄漏初期CO2在不同孔隙率的土壤中扩散情况,通过分析计算得到其以均匀扩散为主的扩散规律。以所选最大孔隙率为例,以5%为CO2危险浓度,确定以泄漏口为中心的2 m范围内的地表为危险区域,相关结论为施工人员提供技术参考。     

滑片膨胀机基本特性的试验研究

利用自行建立的膨胀机性能试验台，不仅实测了滑片膨胀机在不同工况下的性能指标，还利用配置的动态压力测量系统，测得了表示其工作过程的指示图．经过对滑片膨胀机基本特性的研究，搞清了一些主要的运行参数对其性能的影响，为进一步设计和应用这种膨胀机奠定了基础．     

CO2跨临界循环双缸滚动活塞膨胀机的设计与分析

二氧化碳跨临界循环需要利用膨胀机回收功以提高循环效率．在单缸滚动活塞膨胀机的基础上,提出了双缸滚动活塞膨胀机,分析了进气控制结构,进气管中余隙容积的存在会损失一部分膨胀功;分析了两缸内工作腔的吸气、膨胀、排气过程;在一定工况下,设计了双缸并联滚动活塞膨胀机;根据设计的结构参数进行了运动分析和受力计算上下两缸的活塞与滑板之间的摩擦力以及活塞上的气体力是平衡的,只需要平衡惯性力矩即可。     

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．     

海底沉积物层内CO2泄漏渗流与水合耦合规律研究

为了探讨CO2在海底沉积物层内的泄漏渗流与水合耦合规律,将Darcy定律与水合物生成动力学方程通过质量守恒方程耦合,构建了描述海底沉积物层多孔介质中CO2泄漏渗流与水合物生成相互影响的动态演化数学模型。采用数值模拟方法研究了不同温度下多孔介质体系中CO2水合物饱和度随时间和空间的变化规律,以及CO2水合物生成对海底沉积物层渗流特性参数的动态影响。结果表明:在海底沉积物层水合区的泄漏口处,CO2水合物生成较为迅速,15a内,由于CO2水合物的生成、生长和积聚,导致近泄漏口处渗透率减小近2个数量级,由初始值1.0×10-12 m2减小到6.5×10-14 m2,有效孔隙度由初始值0.3减小到0.209 5,降幅达30%,形成了超低渗透的CO2水合物盖层;海底沉积物层水合区的温度越低,CO2水合物的饱和度越低,使得更多的游离CO2渗流泄漏入远场,当沉积物层温度为281K左右时,远场处受泄漏影响最小,CO2的饱和度也最低。     

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%.