本文關(guān)鍵詞：渦旋膨脹機的數(shù)學(xué)模型及試驗研究

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【摘要】：利用有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)回收工業(yè)余熱、發(fā)動機余熱、太陽能熱、地?zé)崮苁菍崿F(xiàn)環(huán)境保護和節(jié)能減排的有效技術(shù)途徑之一。作為ORC發(fā)電系統(tǒng)中的“心臟”—膨脹機的性能很大程度上影響著整個系統(tǒng)的綜合性能。本文建立了ORC發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件渦旋膨脹機的數(shù)學(xué)模型,并搭建試驗平臺對數(shù)學(xué)模型進行了驗證。主要研究內(nèi)容如下:(1)簡單介紹了型線嚙合的相關(guān)理論,給出了滿足嚙合的基本條件。對兩大類渦旋型線-等壁厚(圓漸開線、線段漸開線和正四邊形漸開線)和變壁厚(變基圓半徑漸開線、組合型線)進行了詳細的對比分析,計算得到了其結(jié)構(gòu)參數(shù),分析了兩類渦旋型線對渦旋機械結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作性能的影響。得出如下結(jié)論:在綜合考慮經(jīng)濟性和實用性的前提下,圓漸開線優(yōu)于其它型線;(2)分別用法向等距法和積分法模擬計算了樣機膨脹腔容積隨主軸轉(zhuǎn)角的變化,并把所得結(jié)果與實際模型進行了比較,得出法向等距法計算的結(jié)果與實際模型的相對誤差最大為8.76%,積分法計算的結(jié)果與實際模型的相對誤差最大為15.95%,比較分析的結(jié)果表明法向等距法計算的結(jié)果更接近于實際模型。在已建立幾何模型的基礎(chǔ)上,以2N為工質(zhì),從熱力學(xué)第一定律、質(zhì)量守恒定律以及狀態(tài)方程出發(fā),在綜合考慮工作腔的內(nèi)泄漏以及傳熱兩個重要不可逆因素的基礎(chǔ)上建立了渦旋膨脹機的熱力學(xué)模型,并用Fortran軟件模擬得到了膨脹腔內(nèi)壓力、質(zhì)量隨主軸轉(zhuǎn)角的變化情況;(3)為了驗證所建數(shù)學(xué)模型的準確性,搭建了以2N為工質(zhì)的渦旋膨脹機性能測試平臺,測試了在不同入口壓力下膨脹機的輸出電壓和電流,從而計算得到了膨脹機在不同入口壓力工況下的輸出功率,與理論計算的結(jié)果比較得出:膨脹機的理論輸出功率與實際輸出功率之間存在一定的偏差,最大偏差為45W,最小偏差為16W。理論計算的結(jié)果和膨脹機實際輸出功率有很好的吻合,從而驗證了模型建立的準確性。
【關(guān)鍵詞】：渦旋膨脹機 型線 數(shù)學(xué)模型 模擬 試驗
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH45
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 緒論14-21
• 1.1 研究背景及意義14
• 1.2 渦旋膨脹機14-19
• 1.2.1 渦旋膨脹機的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點14-16
• 1.2.2 渦旋膨脹機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 有機朗肯循環(huán)技術(shù)簡介19-20
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容20-21
• 第2章 渦旋型線幾何理論及兩類型線的比較21-35
• 2.1 渦旋型線嚙合理論21-22
• 2.1.1 平面曲線嚙合原理21
• 2.1.2 共軛型線嚙合基本條件21-22
• 2.2 渦旋機械的理論型線22-24
• 2.2.1 渦旋型線構(gòu)成原則22-23
• 2.2.2 渦旋型線構(gòu)成判定23-24
• 2.3 渦旋型線的類型及其對結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響24-33
• 2.3.1 等截面渦旋型線25-28
• 2.3.2 變截面渦旋型線28-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第3章 樣機結(jié)構(gòu)參數(shù)測量及工作腔容積計算35-47
• 3.1 圓漸開線幾何學(xué)35-38
• 3.1.1 渦旋齒的表達式35-37
• 3.1.2 回轉(zhuǎn)半徑37
• 3.1.3 嚙合角37-38
• 3.2 試驗用渦旋膨脹機的結(jié)構(gòu)參數(shù)測量38-41
• 3.2.1 試驗樣機渦旋盤幾何參數(shù)的測量38-39
• 3.2.2 試驗用渦旋膨脹機渦旋盤齒端修正39-41
• 3.3 工作腔容積及容積變化率的計算41-46
• 3.3.1 積分法計算各腔容積42-43
• 3.3.2 法向等距法43-45
• 3.3.3 結(jié)論與分析45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 渦旋膨脹機膨脹過程模型和輸出特性47-58
• 4.1 控制膨脹過程的基本方程47-49
• 4.1.1 膨脹腔內(nèi)氣體溫度隨主軸轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系47-49
• 4.1.2 膨脹腔內(nèi)氣體質(zhì)量隨主軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系49
• 4.1.3 氣體狀態(tài)方程49
• 4.2 渦旋膨脹機的泄漏49-53
• 4.2.1 泄漏模型50-51
• 4.2.2 泄漏面積51-53
• 4.3 渦旋膨脹機的傳熱53-56
• 4.3.1 進排氣傳熱54
• 4.3.2 工作腔傳熱54-56
• 4.4 渦旋膨脹機輸出特性56
• 4.5 本章小結(jié)56-58
• 第5章 膨脹過程模型的求解與結(jié)果分析58-63
• 5.1 模擬計算基本假設(shè)與控制方程組58-59
• 5.2 樣機基本參數(shù)及模擬運行工況59
• 5.3 歐拉法59-60
• 5.4 程序框圖60
• 5.5 理論求解結(jié)果及分析60-62
• 5.6 本章小結(jié)62-63
• 第6章 試驗驗證63-67
• 6.1 試驗系統(tǒng)及其原理63-64
• 6.2 試驗系統(tǒng)主要組成部分64
• 6.3 試驗步驟64
• 6.4 試驗結(jié)果分析64-65
• 6.4.1 流量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系64-65
• 6.4.2 輸出功率與進氣壓力的關(guān)系65
• 6.5 本章小結(jié)65-67
• 結(jié)論和展望67-69
• 參考文獻69-73
• 致謝73-74
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果74-75
• 附錄B 攻讀碩士學(xué)位期間參與的科研項目75

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