涡旋膨胀机仿真.doc

以压缩空气为动力的大范围工作工程的膨胀机的仿真和实验研究 文章摘要： 膨胀机被广泛应用于小能量回收系统从压缩空气中来恢复机械能。考虑到吸力损失, 泄漏损失,传热损失,排放损失本文研制了一种仿真模型。该仿真模型进行了验证比较了该系统的实验结果。 实际工作过程与理想过程的偏差归因于渗漏和热传递。物质在腔体内里随着旋转角度的增加开始减少,然后增加。输出功率随着旋转速度的逐渐增加模拟功率在转速1740转/分到2340转/分内与测量数据吻合。传输和容积效率的提高和旋转速度和最大的容积效率达到0.69,偏差是0.04毫米。容积效率能够通过减少径向和轴向转动间隙得到增加。入口及出口压力随着旋转速度损失增加。 介绍： 由于严重的能源危机和环境问题许多研究已经把力量集中在提高能源利用效率上。需要一个更有效率的膨胀机来回收能量的小能量回收系统近年来被广泛应用。拥有效率高、振动小、噪音低、结构简单和可信性的涡旋机,通常用于在制冷压缩机系统和热泵系统。这涡旋膨胀机拥有所有涡旋机的优势和适用于小能量回收系统,例如有机林肯循环系统,二氧化碳制冷系统、或燃料室系统。大量关于涡旋膨胀机的研究被报道。滚动扩燃丁晓萍。Tadashi et al理论上分析了涡旋膨胀机的实际损失，然后测验它的效率是大约75%。Zanelli的基础上创建一个简单的有机林肯循环系统测试一个涡旋膨胀机，它是从一个标准的密封压缩机改装而来，最大的整体熵效率是63%到65%，转速为2400到3600转/分。Nagatomo刘哲使用R134a膨胀机,并进行了试验研究一个涡旋压缩机的性能特点。一个新的吸口系统被设计用来减少泄露，它能够增加膨胀机效率的10%。 Gao et al指出泄露对于被用于小燃料模拟和实验系统的涡旋压缩机的性能有重要影响。Kim等建议加热工作流体，以减少之间的差热膨胀包裹的最外层区域。 Zhao等人泄漏热传递分析的涡旋压缩机/的功耗Kim在低温回收系统，扩展的效率和总有效率达到42.3％52.1％ 10 0 0或者140 0转的转速为34％Kim 也模拟膨胀机跨临界循环功耗减少了12.1％和可提高23.5％。 Peterson]研究使用R123的工作和绝热效率约 45％50％。 yanaqisawa调查空气与水混合，发现水/空气的体积比是不敏的lemort提出了一个半经验模型 预测quoilin建立了一个系统模型，包括 模型结果Wang用R123A实验涡旋压缩机，最大熵效率达到77%。kohsokabe等人开发了一种效率大于70％。 hiwata设计了一种新控制的轴向力在扩张过程中减少渗漏损失研究 以上集中在提高效率和分析系统。然而问题要建立一个准确的模型来描述过程，并预测其性能。因此， 数学模型必要的。 在以往的研究中，低效率的主要是工作过程中的泄漏和传热 。大多数的仿真模型在过程中只考虑 泄漏和传热忽略吸损失和流量损失。由压缩空气驱动通过仿真或自由扩展实验研究很少。在前的工作，开发了一个数学模型，模拟的工作流程泄漏，传热，吸气压力损失，以及解除压力损失带动一个原型 压缩空气在各种转速下建造及测试 以验证模拟。适当改进的模型可能用来分析一个小规模的能量回收性能如汽车尾气回收系统燃料电池系统 几何模型 在模型中控制量被涡旋膨胀机的几何参数影响。腔容积在吸气过程开始增加，但是在膨胀过程中降低。容积可以通过以下方程计算。 3.2. 质量守恒 在腔内的质量是决定于流入流出腔的空气即进气口和排气口的空气港口，和涡旋盘之间的径向和轴向间隙。质量守恒定律在控制容积中包括三个部分，这些可以按下列公式分别计算。 3.3能量守恒 考虑工作过程中的能量守恒腔可作为热力学系统分析。基于在控制体积时的能量守恒并忽略动能和势能，建立了以下能量守恒方程： 3.4.泄露方程 涡旋膨胀机的泄露包括两种方式，一种是在底部和涡旋机间的间隙的径向泄露，一种是在涡旋壳间的间隙的侧面泄露。按照喷嘴泄露模型，泄露方程能够按照以下方程描述： 泄露区域取决于通道的间隙和长度。径向间隙的长度是壳体高度的两倍，轴向间隙的长度被以下方程描述： 3.5.吸气和排气模型 由于大流通地区，通过进气口和排气口的压力损失通常比较低。在吸气和排气过程的流动比率取决于腔内外的压力。 3.6.传热模型 由于在不同腔和环境下空气温度不同，通过壳和底部板的热量得以传递。可以通过以下方程描述： 3.7. 性能参数 膨胀机输出功率是指定功率和机械效率的定义的重要性能参数，指定功率是由腔内空气压力和体积计算出的。它可以由以下公式给出： 容积率能够用来判断涡旋压缩机的泄露量和作为理想质量流量和实际质量流量的比例。 4.0 原型和测试