【摘要】：膨脹機(jī)作為有機(jī)朗肯循環(huán)核心部件之一,其熱力性能直接影響著系統(tǒng)循環(huán)熱效率。以往研究中,雙螺桿膨脹機(jī)熱力性能的計(jì)算大多通過等熵焓差方式獲得,從幾何特征出發(fā)的研究較少,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)參數(shù)與熱力性能之間的準(zhǔn)則關(guān)系缺少普適性結(jié)論。因此,本文從數(shù)學(xué)解析的角度出發(fā),提出基于轉(zhuǎn)子型線分析為基礎(chǔ)的雙螺桿膨脹機(jī)幾何特性規(guī)律模型,通過對熱力性能相關(guān)參數(shù)影響因素的分析研究,實(shí)現(xiàn)提高該設(shè)備在系統(tǒng)中的整體運(yùn)行效率的目的。本文從不同雙螺桿膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子型線分析出發(fā),確定以單邊非對稱-銷齒圓弧型轉(zhuǎn)子型線為研究對象;根據(jù)嚙合原理構(gòu)建轉(zhuǎn)子型線的數(shù)學(xué)模型,對計(jì)算熱力性能的關(guān)鍵幾何特征參數(shù)基元面積及基元容積的變化規(guī)律進(jìn)行研究,通過提出的嚙合序列法計(jì)對兩者進(jìn)行計(jì)算。以求得的基元面積及基元容積為基礎(chǔ),對雙螺桿膨脹機(jī)熱力性能進(jìn)行計(jì)算,分析得到包括轉(zhuǎn)子直徑、導(dǎo)程、陽轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角及內(nèi)膨脹角等結(jié)構(gòu)參數(shù)對熱力性能相關(guān)參數(shù)的影響規(guī)律:理論容積流量及等熵絕熱功率與轉(zhuǎn)子直徑及導(dǎo)程呈正相關(guān)關(guān)系;理論容積流量隨著陽轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角的增加而增加,等熵絕熱功率與陽轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角及內(nèi)膨脹角呈單調(diào)遞減關(guān)系;根據(jù)影響規(guī)律將熱力性能作為目標(biāo)函數(shù),采用非線性規(guī)劃法對雙螺桿膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。再次,以開口系統(tǒng)能量方程及質(zhì)量守恒方程為基礎(chǔ),結(jié)合優(yōu)化后的工作腔體基元容積變化,建立存在泄漏情況下的雙螺桿膨脹機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程的數(shù)學(xué)模型;確定采用龍格-庫塔法對運(yùn)行過程模型的微觀特性變化規(guī)律進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。最后,根據(jù)雙螺桿膨脹機(jī)運(yùn)行過程數(shù)學(xué)模型求解結(jié)果與理想過程的計(jì)算結(jié)果的對比,分析泄漏對膨脹機(jī)運(yùn)行過程的影響,并得到存在泄漏情況下膨脹機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程質(zhì)量流量呈現(xiàn)先減小后增加的變化趨勢;通過改變轉(zhuǎn)速、吸氣壓力、吸氣溫度等運(yùn)行參數(shù)對存在泄漏的雙螺桿膨脹機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程的影響,得出膨脹機(jī)運(yùn)行過程變化規(guī)律:轉(zhuǎn)速和吸氣壓力的升高使得膨脹機(jī)軸功率及絕熱效率不斷提升;轉(zhuǎn)速提升3000 rad/min,絕熱效率提升5.12%;吸氣壓力提升300k Pa,絕熱效率提升10.1%;吸氣溫度對膨脹機(jī)熱力性能影響較小。本文以轉(zhuǎn)子型線數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),通過對熱力性能影響因素的分析研究,提出了結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法及運(yùn)行特性提升建議,對實(shí)現(xiàn)雙螺桿膨脹機(jī)的安全高效運(yùn)行,及提高有機(jī)朗肯循環(huán)的低溫余熱回收能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH69
【圖文】：

圖 1-2 雙螺桿膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子示意圖特性等方面，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入的供動(dòng)力用于發(fā)電的專利由 Nillsen 提出。研究陷入停滯狀態(tài)，由于爆發(fā)的能源問業(yè)余熱等可再生能源的螺桿式膨脹機(jī)又，我國開始了雙螺桿膨脹機(jī)的科研工作，膨脹機(jī)的工作原理及熱力性能進(jìn)行了較脹機(jī)的研究方向主要包括雙螺桿嚙合式及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究、雙螺桿膨脹機(jī)運(yùn)行特究機(jī)的幾何特性、熱力學(xué)性能都具有重要

狀態(tài)的齒曲線為 BA 與 HG，嚙合初始H 點(diǎn)接觸，齒曲線 BC 與 HI 脫離嚙合線完全貼合在一起，此時(shí)形成的基元面因此，認(rèn)為起始狀態(tài)時(shí)齒曲線圍成的基化范圍，求解出齒曲線 AB 與 HG 完整對轉(zhuǎn)子各段齒曲線運(yùn)用式（2-17）進(jìn)行旋段齒曲線在陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中每個(gè)瞬間中，陰轉(zhuǎn)子齒曲線 BA 上從 B 點(diǎn)到 A 點(diǎn)齒曲線 HG 上從 H 點(diǎn)到 G 點(diǎn)上的各點(diǎn)，漸脫離嚙合，與此同時(shí)，齒曲線 CD 與間的嚙合點(diǎn)、經(jīng)歷過嚙合的部分齒曲線合的部分齒曲線 CD 與 I 點(diǎn)圍成一個(gè)封運(yùn)用式（2-18）對圍成基元面積的各段齒一嚙合瞬間的基元面積的大小。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2719534