通流型压力振荡管制冷性能研究

发布时间：2017-09-19 12:38

  本文关键词：通流型压力振荡管制冷性能研究

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【摘要】：压力交换式气波制冷机是应用波转子技术的一种新型的气波制冷设备,其不仅具备结构紧凑、带液运行能力强等优点,且制造成本低廉。目前,国内外大量文献以及本实验室大量实验表明返流型波转子技术主要应用于制冷领域,通流型则更多应用于压力交换场合,在气体膨胀制冷方向鲜有研究。鉴于以上领域所做工作存在一定的空白,本文以返流型波转子气波制冷技术为基础,通过类比实验、理论分析、数值模拟对通流型波转子制冷性能进行深入研究,主要工作及结论如下：(1)建立返流型气波制冷机实验平台,对返流型压力振荡管进行实验研究。在有限管长及固定流量的情况下,通流型气波制冷机比返流型气波制冷机更具优势,鉴于通流型与返流型气波制冷机的共通点,实验结论可为通流型气波制冷机结构设计及性能优化提供参考。(2)设计通流型气波制冷机核心部件波转子及其组件结构。建立通流型波转子的理想波图,运用气体动力学中的波动理论揭示四端口通流型气波机振荡管内非定常流动过程,构建出内部波系的解析模型,编写分析程序,实现对内部波系定量分析,并对设备内端口匹配参数及接触面的运行距离进行快速预测,为通流型气波制冷机结构设计及性能优化提供了理论基础。(3)完成通流型压力振荡管二维数值模型的建立,应用CFD软件对其进行数值模拟,分析振荡管内部流动特性,探讨制约通流型压力振荡管制冷性能的主要因素,针对不同的结构及操作参数,通过数值计算分析单一参数对制冷性能的影响,为设备的结构优化提供了重要的数值依据。构建出最优的工作波图,数值优化后的端口匹配参数及接触面运行距离与解析结果间的误差分别低于12%及1.5%,验证了计算程序的有效性。(4)分析通流型压力振荡管制冷特性,对接触面的运动、外部预冷循环、泄漏进行详尽研究。对比通流型与返流型气波制冷机,两者理论等熵膨胀效率相差不到2%,制冷效果相当。而通流型压力振荡管制冷过程中存在高低温气体掺混、反向压缩等问题,内部波系匹配容错率相对较低,对此,提出一种优化方案,即在高温端口上方增加一个排气端口,改善了整机性能。
【关键词】：通流型气波制冷机 波图 接触面 端口匹配 制冷效率
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB651
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 引言10-12
• 1 文献综述12-27
• 1.1 制冷技术12-14
• 1.1.1 蒸汽压缩制冷机理12-13
• 1.1.2 涡流管制冷13
• 1.1.3 气体膨胀制冷13-14
• 1.2 气波制冷机14-17
• 1.2.1 静止式气波制冷机14-15
• 1.2.2 旋转式气波制冷机15-16
• 1.2.3 压力交换式气波制冷机16-17
• 1.3 压力交换技术17-26
• 1.3.1 压力交换技术机理18
• 1.3.2 压力交换技术分类18-20
• 1.3.3 压力交换技术的发展及应用20-26
• 1.4 本文主要研究内容26-27
• 2 返流型压力振荡管的实验研究27-34
• 2.1 实验平台的搭建27-28
• 2.1.1 实验装置27-28
• 2.1.2 实验流程28
• 2.2 性能影响因素分析28-30
• 2.2.1 理想波图分析28-29
• 2.2.2 整机性能影响参数29
• 2.2.3 性能评价指标29-30
• 2.3 返流型压力振荡管制冷性能实验研究30-32
• 2.3.1 转速对制冷性能的影响30-31
• 2.3.2 膨胀比对制冷性能的影响31-32
• 2.3.3 高温端口宽度对制冷性能的影响32
• 2.4 本章小结32-34
• 3 通流型压力振荡管内波动过程分析34-49
• 3.1 通流型气波制冷机的结构34-35
• 3.2 理想波图的绘制35-36
• 3.3 气波制冷宏观分析36-38
• 3.4 气波波动特性分析38-42
• 3.4.1 激波管内压力波的运动38-40
• 3.4.2 激波特性分析40-41
• 3.4.3 激波的开口反射41-42
• 3.5 振荡管内波动过程分析42-47
• 3.5.1 解析模型的建立42-46
• 3.5.2 端口匹配理论预测46-47
• 3.5.3 接触面运行距离预测47
• 3.6 本章小结47-49
• 4 通流型压力振荡管内流动数值分析49-65
• 4.1 数值分析模型的建立49-55
• 4.1.1 物理模型49-51
• 4.1.2 控制方程51-52
• 4.1.3 湍流模型52-54
• 4.1.4 控制方程的离散54
• 4.1.5 数值模型的验证54-55
• 4.2 操作参数及结构参数对整机性能的影响55-60
• 4.2.1 高温端口背压对性能的影响56-57
• 4.2.2 转速对性能的影响57-58
• 4.2.3 偏角对性能的影响58
• 4.2.4 高温端口宽度对性能的影响58-59
• 4.2.5 通道宽度对性能的影响59-60
• 4.3 通流型气波制冷机数值结果60-62
• 4.3.1 温度云图分析60-61
• 4.3.2 波系运动匹配分析61
• 4.3.3 最优工作波图的构建61-62
• 4.4 数值模型与解析模型计算结果对比分析62-63
• 4.4.1 端口匹配的结果分析62-63
• 4.4.2 接触面运动距离的结果分析63
• 4.5 本章小结63-65
• 5 通流型压力振荡管制冷特性及其优化研究65-81
• 5.1 接触面运动的数值分析65-69
• 5.1.1 接触面运动距离主要影响因素分析65-68
• 5.1.2 高温端口尺寸的影响68-69
• 5.2 外部循环对制冷性能影响的数值分析69-71
• 5.3 三维泄漏损失的数值分析71-75
• 5.3.1 高压端口宽度对高压端泄漏损失的影响72
• 5.3.2 膨胀比对高压端泄漏损失的影响72-73
• 5.3.3 间隙宽度对高压端泄漏损失的影响73-74
• 5.3.4 间隙宽度对高温端泄漏损失的影响74
• 5.3.5 膨胀比对高温端泄漏损失的影响74-75
• 5.4 通流型压力振荡管制冷特点75-77
• 5.4.1 通流型和返流型气波机制冷性能对比75-76
• 5.4.2 高温端口末端问题分析76-77
• 5.5 通流型压力振荡管制冷的优化77-79
• 5.6 本章小结79-81
• 结论81-83
• 参考文献83-87
• 附录A 程序说明87-92
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况92-93
• 致谢93-94

【参考文献】

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本文编号：881700