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两相涡旋膨胀机的性能及实验研究
两相涡旋膨胀机的性能及实验研究
陈 波 , 沈永年
(浙江大学制冷与低温研究所 , 杭州 310027)
摘要 : 涡旋膨胀机的结构特点决定了其运行性能的变化规律 。对涡旋膨胀机真实气体理想
(等熵) 膨胀过程进行了理论分析 , 提出了涡旋膨胀机真实气体设计压比的概念和计算方法 , 并 进行了实验研究 。
关键词 : 涡旋膨胀机 ; 真实气体 ; 设计压比
中图分类号 : TB61
文献标识码 : A
Features of t wo phase vortex expanders and experimental study
Chen Bo , Shen Yong2nian
( Ref rigeration and Cryogenic Institute of Zhejiang University , Hangzhou 310027 , Zhejiang , P1R1China )
Abstract : As the structural features specify the variation laws of its operating performance , the paper analyzes theoretically the real gas ideal (isoentropic ) expansion process in a vortex expander . The concept of design compression ratio of real gas in a vortex expander and computational method are put forth. The corresponding experimental study has been done .
Key words : Vortex expander ; Real gas ; Design compression ratio
涡旋膨胀机具有运动部件少 , 结构紧凑 , 噪声
低 , 且适合于汽液两相的优点 。随着研究的不断深 入 、效率的不断提高 , 其在中小制冷量的低温系统 中将会得到越来越广泛的应用 。本文对涡旋膨胀机 真实气体的理想膨胀过程进行了理论分析和计算 , 提出了涡旋膨胀机真实气体设计压比的概念和计算 方法 , 并对不同进口状态的丙烷的运行性能进行了
实验研究 。实验表明丙烷进口状态直接决定最佳压 比 , 而进口为两相时 , 实际运行性能较接近其理想 膨胀过程 , 且干度较小时更接近 。
1 涡旋膨胀机效率理论分析
与螺杆膨胀机相似 , 涡旋膨胀机也是定内容积 膨胀比的膨胀机械1 ,2 。如以圆的渐开线为型线的 涡旋膨胀机 , 其内容积膨胀比为 τ = Vc / V i = ( 2 N
- 1) / ( 1 +θ/ π) , 式中 V i 和 Vc 分别为膨胀机进 、排气
容积 , N 为涡旋圈数 ,θ为膨胀起始角 , 如图 1 所示 。
它完全由膨胀机结构参数决定 , 而与工质进出口状 态无关 。这一特点决定了涡旋膨胀机的性能及其变 化规律[3 ] 。
a 一次进气完成
b 一次内膨胀完成
图 1 涡旋膨胀机的膨胀腔
理想膨胀过程 , 即除排气口压力损失外无其它 不可逆损失 (如泄漏损失 、内外传热损失 、进出口
收稿日期 : 2003210211 ; 修回日期 : 2003211216
基金项目 : 浙江省自然科学基金资助 (项目编号 500067)
作者简介 : 陈波 (1975 — ) , 男 , 浙江大学制冷与低温研究所硕士 。
流动损失 、摩擦损失等) 的情况下 , 涡旋膨胀机的
内膨胀过程就是可逆绝热过程 。涡旋膨胀机的设计 压比就是指理想膨胀过程内膨胀前后的压力比 。对 于理想气体 , 以圆的渐开线为型线的涡旋膨胀机的 设计压比就为 :
液相 , 其设计压比 (效率为 110 时的运行压比) 越
小 , 这种现象在干度从 x = 015 变化到 x = 011 的 过程中非常明显 。这也就是说 , 涡旋膨胀机最佳运
行压比随工质的入口状态变化而变化 ,
入口状态越
接近液相 ,
最佳运行压比越小 。
2N - 1
εi = Pi / Pc =τk =
) k
(
(1)
1 +θ/ π
式中
Pi ———膨胀机进气压力
Pc ———内膨胀终了压力
k ———绝热指数
而对于真实气体 ( 较接近或处于两相或液相) ,
由于绝热指数很难把握 , 故设计压比写成 :
εi = Pi / P
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