【摘要】：波轉(zhuǎn)子是一種利用壓力波來(lái)實(shí)現(xiàn)高低壓流體間能量的直接傳遞的設(shè)備。相比噴射器,其基于非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)氣波增壓原理的過(guò)程效率遠(yuǎn)高于噴射器的效率。相比于高速離心壓縮機(jī),波轉(zhuǎn)子具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、增壓過(guò)程溫升小、帶液操作等優(yōu)勢(shì)。目前,對(duì)波轉(zhuǎn)子的研究主要集中在燃?xì)廨啓C(jī)、氣波增壓器以及氣波膨脹制冷領(lǐng)域。對(duì)波轉(zhuǎn)子應(yīng)用于以水為工質(zhì)的制冷系統(tǒng)或者多效蒸發(fā)系統(tǒng)的研究,國(guó)外鮮有提及,國(guó)內(nèi)尚屬首次。本文以解決水作工質(zhì)時(shí)的真空條件下水蒸汽壓縮機(jī)開發(fā)難題、噴射器增壓效率低為目的,對(duì)相變波轉(zhuǎn)子進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)兩方面的研究。本文完成相變波轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)程序,并對(duì)相變波轉(zhuǎn)子內(nèi)部的流動(dòng)進(jìn)行了詳細(xì)的分析;基于相變波轉(zhuǎn)子的增壓、自冷卻特性提出了相變波轉(zhuǎn)子嵌入式蒸汽壓縮制冷系統(tǒng),并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了細(xì)致的熱力學(xué)分析;在多效蒸發(fā)平臺(tái)中進(jìn)行了相變波轉(zhuǎn)子的應(yīng)用可行性實(shí)驗(yàn)研究。主要結(jié)論和相關(guān)工作如下:(1)相變波轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)以及內(nèi)部流動(dòng)分析基于水蒸汽熱力學(xué)模型、一維簡(jiǎn)單波理論以及VBA語(yǔ)言編寫相變波轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)程序,并依據(jù)理論結(jié)果建立物理模型進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)模擬驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)建立的多通道二維數(shù)值模型結(jié)果分析,得到激波、膨脹波以及接觸面的運(yùn)行規(guī)律。通過(guò)對(duì)單通道模型的數(shù)值分析,發(fā)現(xiàn)通道的漸開時(shí)間越長(zhǎng),激波的強(qiáng)度會(huì)更大程度的被削弱。通過(guò)降低通道寬度或提高轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,可在一定程度上削弱通道漸開的影響。真空條件下接觸面扭曲非常嚴(yán)重,造成高低壓流體劇烈摻混,嚴(yán)重影響波轉(zhuǎn)子的增溫增壓性能。(2)相變波轉(zhuǎn)子嵌入式蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)分析建立了三端口波轉(zhuǎn)子和制冷系統(tǒng)的熱力學(xué)模型,并利用HYSYS建立的三端口波轉(zhuǎn)子的熱力學(xué)模型對(duì)文中所編寫的三端口熱力學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證。波轉(zhuǎn)子的預(yù)增壓過(guò)程使得在給定冷凝壓力和蒸發(fā)壓力下的壓縮機(jī)壓比降低,其自冷卻特性使得波轉(zhuǎn)子增壓過(guò)程中溫升較小,這兩點(diǎn)使得R718壓縮機(jī)的開發(fā)難度降低。WR-C在以R718為制冷劑,蒸發(fā)溫度越低,壓縮機(jī)入口處過(guò)熱度越高,在蒸發(fā)溫度為10℃,冷凝溫度為35℃時(shí),過(guò)熱度最高為4.1℃,體現(xiàn)了波轉(zhuǎn)子的自冷卻能力。改進(jìn)后的系統(tǒng)在以R23/R134a混合制冷劑作為工作介質(zhì)時(shí),在蒸發(fā)溫度T_e=-30℃,冷凝溫度T_c=40℃,冷凝器出口氣相質(zhì)量分?jǐn)?shù)x_4=0.45,冷凝蒸發(fā)器熱股出口溫度T_7=10℃,高壓節(jié)流閥節(jié)流后壓力P_5=0.5MPa時(shí),R23的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.2增大至0.7過(guò)程中,WR-ARC系統(tǒng)相比于E-ARC系統(tǒng)的壓縮機(jī)壓比降低了20.6%~6.5%,降低壓縮機(jī)壓比效果非常顯著。(3)相變波轉(zhuǎn)子在多效蒸發(fā)平臺(tái)中的實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究了相變波轉(zhuǎn)子初始膨脹比對(duì)設(shè)備性能的影響。通過(guò)活套法蘭改變高端口與中壓端口的偏角,在驅(qū)動(dòng)蒸汽為100kPa,變頻器頻率為55Hz,偏角為α+4°時(shí)的平均溫升最高,其最高溫升可達(dá)23.5℃,接近于高速水蒸汽離心壓縮機(jī)的25-30℃,這和羅茨和普通離心蒸汽壓縮機(jī)的低溫升、高速離心蒸汽壓縮機(jī)的高轉(zhuǎn)速(9000rpm以上)相比,具有明顯優(yōu)勢(shì),證明了將相變波轉(zhuǎn)子應(yīng)用于多效蒸發(fā)系統(tǒng)的可行性。
【圖文】：

圖 1.11 氣波壓力交換技術(shù)的歷史展望Fig. 1.11 Research process of pressure exchanger6 年，Knauff[57]最早提出壓力交換機(jī)，這種壓力交換機(jī)并沒(méi)有利用壓力波交括一個(gè)在兩個(gè)定子之間旋轉(zhuǎn)的蜂窩轉(zhuǎn)鼓，這兩個(gè)定子包含許多端口，不同過(guò)這些端口進(jìn)入和離開，從而交換壓力，這種壓力交換機(jī)被稱為靜態(tài)壓力

圖 2.1 波轉(zhuǎn)子設(shè)備示意圖Fig. 2.1 The equipment diagram of wave rotor波轉(zhuǎn)子是一種基于非定常流動(dòng)過(guò)程的設(shè)備，其增壓效率高于在相同增壓比條件下基定常流動(dòng)過(guò)程的設(shè)備。圖 2.1 所示為波轉(zhuǎn)子設(shè)備示意圖，，其基本組成包括圍繞轉(zhuǎn)鼓的
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB65

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2646379