单螺杆膨胀机输出扭距的理论分析及其性能评价指标的研究探索

发布时间：2017-10-09 21:10

  本文关键词：单螺杆膨胀机输出扭距的理论分析及其性能评价指标的研究探索

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【摘要】：单螺杆膨胀机作为一种新型的小型动力机械,由于其自身技术优势,因此非常适用于中低温工业余热回收系统。目前,国际上缺乏对单螺杆膨胀机的设计理论与方法,同时单螺杆膨胀机的性能是影响余热回收系统循环效率的重要因素之一。本课题以单螺杆膨胀动力机用于中低温工业余热回收系统为背景,着眼于单螺杆膨胀机的设计理论,试图对如何提高单螺杆膨胀机性能进行研究。本文基于单螺杆膨胀机基本结构关系的计算研究,对单螺杆膨胀机的输出扭矩进行了理论计算;初步分析应用热学新理论——内能火积理论作为单螺杆膨胀机性能评价指标的可行性及普适性。主要研究内容如下:(1)对单螺杆膨胀机的基本结构进行分析,简单介绍了单螺杆膨胀机的基本结构参数及其计算方法,为后续研究提供了理论和实践的基础。应用解析法对单螺杆最大基元容积、压力进行计算。(2)应用MATLAB软件,用解析法计算并分别绘制反映基元容积、压力随螺杆转角变化关系的曲线。简要介绍单螺杆膨胀机的啮合副型线以及分析膨胀过程中将会产生的不可逆损失,为单螺杆膨胀机性能评价指标的研究作基础。(3)基于单螺杆膨胀机结构的特点,对单螺杆膨胀机螺杆输出扭矩进行分析。在单螺杆膨胀机的基元容积、压力等参数计算的基础上,用数学的方法计算出单螺杆膨胀机工作容积内输出扭矩随螺杆转角变化的关系。对于单一螺旋通道内的输出扭矩,在单螺杆膨胀机工作过程中,扭矩呈先上升后下降的趋势,且扭矩最小值为该通道进气开始时刻,扭矩最大值为膨胀开始的时刻,扭矩重新回到单螺杆膨胀机的螺杆输出扭矩,随着膨胀机工作过程呈周期性变化,周期为60°。最小值时为该通道进气结束时刻,即下一通道进气开始时刻。螺杆直径不同的单螺杆膨胀机输出扭矩随螺杆转角的变化关系曲线呈近似正弦函数变化。(4)首次将热学中新物理量内能火积理论应用于热功转换膨胀过程的分析。将单螺杆膨胀机膨胀过程进、出口内能火积差与传统的评价参数等熵效率进行对比,2个评价参数变化趋势具有良好的一致性,因此内能火积理论适用于分析评价单螺杆膨胀机膨胀过程的不可逆性。(5)通过探讨内能火积表达式的物理意义,可以看出在分析过程中,内能火积理论同时考察了工质的物性特征以及对不可逆过程的描述,使热力过程的评价更为深刻全面,并且这种评价方法对热功转换不可逆过程分析具有普适性,内能火积理论在分析热功转换过程方面具有很大的应用潜力。
【关键词】：工业余热回收 单螺杆膨胀机 输出扭矩 性能评价指标 内能火积理论
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK115
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 物理量名称及符号表9-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 研究课题背景及意义14-15
• 1.2 国内外文献综述15-23
• 1.2.1 有机朗肯循环15-19
• 1.2.2 单螺杆膨胀机19-20
• 1.2.3 单螺杆膨胀机型线结构对性能的影响20-21
• 1.2.4 火积简介21-23
• 1.3 本课题的来源及主要研究内容23-26
• 1.3.1 选题的研究内容23-24
• 1.3.2 选题的研究目标24-26
• 第2章 单螺杆膨胀机的基本结构关系26-40
• 2.1 单螺杆膨胀机结构简介26-27
• 2.2 基本结构参数27-31
• 2.2.1 螺杆与星轮的直径及中心距27-28
• 2.2.2 螺杆头数和星轮齿数28
• 2.2.3 啮合角和排气角28-29
• 2.2.4 星轮齿宽29-30
• 2.2.5 螺杆轴向长度30-31
• 2.2.6 进气孔31
• 2.2.7 封闭螺旋线31
• 2.3 螺槽容积的计算31-34
• 2.3.1 计算方法31-32
• 2.3.2 螺槽容积计算结果32-34
• 2.4 基元容积压力的计算34-35
• 2.4.1 计算方法34
• 2.4.2 基元容积压力的计算结果34-35
• 2.5 啮合副型线35-36
• 2.6 单螺杆膨胀机工作过程中的不可逆损失36-38
• 2.7 本章小结38-40
• 第3章 单螺杆膨胀机输出扭矩的理论分析40-52
• 3.1 MATLAB软件简介40-41
• 3.2 单一螺旋通道内输出扭矩的计算方法41-46
• 3.2.1 单一螺旋通道内输出扭矩的计算42-43
• 3.2.2 螺槽前侧在螺杆切向平面上的投影面积的计算43-45
• 3.2.3 作用在螺槽前侧切向力的计算45
• 3.2.4 单一螺旋通道内输出扭矩的计算表达式45
• 3.2.5 计算区域的划分45-46
• 3.3 单一螺旋通道内输出扭矩的计算结果46-47
• 3.3.1 单一螺旋通道内输出扭矩随星轮转角的变化46-47
• 3.3.2 单一螺旋通道内输出扭矩随螺杆转角的变化47
• 3.4 单螺杆膨胀机输出扭矩的计算47-50
• 3.4.1 单螺杆膨胀机螺杆回转一周输出扭矩随螺杆转角的变化48-49
• 3.4.2 单螺杆膨胀机输出扭矩随螺杆转角的变化49
• 3.4.3 螺杆直径对单螺杆膨胀机输出扭矩-星轮转角的变化49-50
• 3.5 本章小结50-52
• 第4章 单螺杆膨胀机性能评价指标的分析探索52-70
• 4.1 火积理论的简介52-54
• 4.1.1 火积的物理意义52-53
• 4.1.2 内能火积53-54
• 4.2 应用等熵效率对单螺杆膨胀机膨胀过程性能分析54-67
• 4.2.1 单螺杆膨胀动力机实验装置系统概述54-55
• 4.2.2 主要设备参数55-57
• 4.2.3 实验测量和采集系统57-60
• 4.2.4 温度标定60-63
• 4.2.5 压力标定63-65
• 4.2.6 测试实验结果65-67
• 4.3 分析与讨论67-68
• 4.4 本章小结68-70
• 结论70-72
• 参考文献72-78
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文78-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘广林;鹿院卫;马重芳;吴玉庭;;超临界地热有机朗肯循环工质参数优化[J];工程热物理学报;2010年11期

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本文编号：1002415