组合变截面涡旋膨胀机的数学模型及试验研究

发布时间：2023-10-08 17:34

　　有机朗肯循环系统(Organic Rankine Cycle,ORC)是高效回收工业余热、太阳能热等可再生能源的有效途径之一。作为有机朗肯循环发电系统中的关键部件,涡旋膨胀机性能的好坏直接影响着有机朗肯循环整个系统的性能。本文从组合变截面涡旋膨胀机的数学模型入手,建立了几何模型、泄漏模型和传热模型等,并通过数值模拟对变截面涡旋膨胀机的整机性能进行了分析,通过已搭建的试验平台验证所建数学模型的正确性。本文的研究包含以下内容:(1)首先从涡旋膨胀机的几何理论展开论述,简单介绍了构成涡旋膨胀机涡旋型线的啮合理论以及啮合满足的条件,并叙述了涡旋型线的构成原则以及判定,依据涡旋型线啮合原理以及啮合条件推导出组合型线(圆渐开线-高次曲线-圆渐开线)的解析式,并根据组合型线表达式建立了其型线结构,然后依据涡旋膨胀机的运行进程对其腔体进行划分并求解了各个工作腔腔体的容积。最后介绍了两种不同的齿头修正方法,并对比研究了齿头修正后变截面涡旋膨胀机的容积变化以及修正方法对齿头强度的影响。得出如下结论:相同的几何参数下,双圆弧加直线修正所对应的涡旋齿的面积大于双圆弧修正的涡旋齿的面积;修正对膨胀机工作腔容积的...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 涡旋膨胀机的结构、工作原理及特点
        1.2.1 膨胀机的基本结构
        1.2.2 膨胀机的工作原理
        1.2.3 膨胀机的特点
    1.3 涡旋压缩机国内外发展现状
        1.3.1 涡旋机械的发展
        1.3.2 涡旋膨胀机的研究与发展
    1.4 有机朗肯循环技术简介
    1.5 本文主要研究内容
第2章 变截面涡旋膨胀机型线几何理论
    2.1 涡旋型线啮合理论
    2.2 共轭型线啮合理论
    2.3 涡旋机械的理论型线
        2.3.1 涡旋型线构成原则
        2.3.2 涡旋型线构成判定
    2.4 组合变截面涡旋齿型线的建立
        2.4.1 基本基线的选择
        2.4.2 圆渐开线-高次曲线-圆渐开线组合型线的建立
    2.5 涡旋型线齿头修正
        2.5.1 双圆弧修正与双圆弧加直线修正
        2.5.2 修正后增加的壁厚面积
        2.5.3 修正参数的变化
        2.5.4 修正对涡旋齿头强度的影响
    2.6 本章小结
第3章 变截面涡旋膨胀机的几何模型
    3.1 变截面涡旋膨胀机各腔容积的求解
        3.1.1 各工作腔的划分
        3.1.2 基线法求解容积原理
        3.1.3 组合变截面涡旋膨胀机工作腔腔体容积计算
    3.2 容积变化
    3.3 本章小结
第4章 涡旋膨胀机数学模型
    4.1 控制膨胀过程的关系式
        4.1.1 膨胀腔内气体温度随运行进程的变化关系
        4.1.2 工作腔内工质气体质量随主轴转角的关系
    4.2 涡旋膨胀机的泄漏
        4.2.1 泄漏模型
        4.2.2 切向泄露和径向泄露
    4.3 传热模型
        4.3.1 进排气传热
        4.3.2 工作腔的传热
    4.4 本章小结
第5章 涡旋膨胀机数学模型求解与结果分析
    5.1 模拟求解的基本假设与基本控制方程组
        5.1.1 模拟求解基本假设所需条件
        5.1.2 基本控制方程组
    5.2 欧拉法
    5.3 求解流程图
    5.4 理论求解结果及分析
    5.5 本章小结
第6章 实验验证
    6.1 试验系统及测试原理
    6.2 测试过程
    6.3 试验结果分析
        6.3.1 流量随转速与进压的变化
        6.3.2 功率随进压的变化
        6.3.3 排气压力随进口压力的变化
    6.4 本章小结
结论和展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
附录 B 攻读硕士学位期间参与的科研项目



本文编号：3852477