《單螺桿膨脹機全流膨脹過程機理分析與研究》是依託北京工業大學，由王偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：單螺桿膨脹機全流膨脹過程機理分析與研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王偉
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單螺桿膨脹機是一種新型膨脹動力設備，兼具速度型和容積型膨脹機的特點，具有非常好的發展潛力。然而目前缺乏相關基礎研究工作。單螺桿膨脹機的工作過程十分複雜，由工質/潤滑油組成的多相多組分流體在複雜的三維流道內相互作用、相互影響，通過全流膨脹過程實現熱功轉換。為提高單螺桿膨脹機熱力完善度，需要開展單螺桿膨脹機全流膨脹過程的作用機理研究，展開在單螺桿膨脹機複雜流道內多元多相流體的流動、傳熱和能量轉換機理的研究，分析影響效率的主要因素，結合有機朗肯循環全工況性能測試的實驗研究，找到最佳化單螺桿膨脹機結構及運行方式的方法，為單螺桿膨脹機的實用化提供研發基礎和技術支撐，為我國節能減排事業貢獻力量。
結題摘要
本課題針對單螺桿膨脹機的基本原理和實際工作過程展開初步的理論分析和實驗研究，獲得影響單螺桿膨脹機性能的主要影響因素，主要研究工作如下：對單螺桿的幾何結構進行了解析法計算分析，比較了不同公式的計算精度，並獲得了容積隨轉角變化的規律；對單螺桿膨脹機實際工作過程進行了熱力學分析。通過減小配合間隙可減小泄漏量，但會增加機械摩擦，因此二者之間存在最佳化關係。通過分析還發現，泄漏對於單螺桿膨脹機性能的影響非常大，但由於螺桿槽道為三維扭轉空間，泄漏的工質仍有部分做功能力，只是做功形式由體積功變為流動功；對單螺桿膨脹機的一些工藝問題進行了總結和分析，提出了確保單螺桿膨脹機性能的幾個關鍵工藝問題。提出了基於單螺桿膨脹機的氣體動力製冷循環的熱力學模型，並分析了各種因素對循環熱力性能的影響。結果表明，增加回熱器會惡化系統性能，但可以有效降低膨脹機出口溫度，實際系統中，回熱溫度的選擇需要綜合考慮系統性能和其它降溫方法的結合併進行最佳化設計；提出了基於單螺桿膨脹機的有機朗肯循環低溫熱能發電系統的熱力學模型，並分析了各種因素對循環熱力性能的影響。結果表明，在有機朗肯循環熱源側換熱過程中，不能忽略有機工質定壓比熱隨溫度的變化情況。比較了典型的六種工質（濕工質、等熵工質和乾工質各兩種），在相同蒸發溫度和冷凝溫度條件下，R245fa具有最佳的綜合性能，其次是R600和R600a，但如果在相同蒸發溫度和膨脹比條件下，R600具有最佳的綜合性能，其次是R600a，而R245fa的效果最差，這說明膨脹機性能對工質的選擇具有決定性影響。開展了配合間隙對膨脹機性能影響的實驗研究。結果表明，通過合理的間隙控制可顯著提高膨脹機的性能，測試的自製膨脹機最大軸效率達到58.5%，最大容積效率達到66%，最小耗氣率約為60kg/kWh。結果還表明，即使在較低的容積效率時，仍可能產生較高的功率輸出和較大的溫降，這與前期的理論分析一致。帶濕膨脹會提高其工作性能，驗證了“全流膨脹”現象，但這種提高的有效性隨著膨脹機性能的提高而減弱；開展了了基於單螺桿膨脹機的有機朗肯循環系統的初步實驗研究，膨脹機最大輸出功率約為1.7kW，軸效率約為70%左右，循環最大熱效率約為5.6%。本項目共發表論文8篇，其中SCI收錄2篇，EI收錄2篇，在國際學術會議上做分組報告1篇，全國學術會議上做分組報告2篇。
