常規工質兩相流體快速降壓膨脹作功的機理研究

《常規工質兩相流體快速降壓膨脹作功的機理研究》是依託天津大學，由馬一太擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：常規工質兩相流體快速降壓膨脹作功的機理研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馬一太
• 依託單位：天津大學

項目摘要

我國製冷、空調設備的節能研究已經是涉及國家重大戰略需求的關鍵科學問題。已開發國家在開發用於常規製冷循環的大膨脹比膨脹機代替節流閥方面的研究工作取得了長足的進展。在大膨脹比兩相流膨脹機的研究中如何提高兩相流體回收功效率，解決潤滑油的問題是研究難點。本項目是以解決大膨脹比兩相流膨脹機膨脹相變過程的基本問題為研究目的，針對兩相流體膨脹功回收裝置設計的難點，分析兩相流非平衡亞穩態下的膨脹過程，探討相變過程相變滯後的產生機理和膨脹功的輸出特性，研究氣泡汽化核心成核機理和表面功情況；同時根據潤滑油在裝置中的作用，對潤滑油特性以及流體工質與潤滑油的混合物性進行研究，揭示流體中潤滑油的流動狀態，解決膨脹機中關鍵問題如潤滑油的提供方式及其對膨脹過程和穩定性的影響。基於大膨脹比，本項目提出新型結構的膨脹機，確保設計高效率膨脹功回收裝置。

結題摘要

我國製冷、空調設備的節能研究已經是涉及國家重大戰略需求的關鍵科學問題。在開發用於常規製冷循環的大膨脹比膨脹機代替節流閥的研究中，如何提高兩相流體回收功效率、解決潤滑油的問題是研究難點。本研究課題主要設計研究了常規工質膨脹機及其膨脹相變機理。設計了膨脹機形式，加工了膨脹機樣機，並進行了相關測試。建立了膨脹機模型以及工質膨脹過程模型，對膨脹過程中不可逆損失的變化情況進行了模擬分析，分析了形成不可逆損失的原因，提出了相關改進措施。分析了潤滑油及流體與潤滑油混合物的物性。進行了相變過程中相關機理的探索研究，分析了相變滯後產生的機理，並由此探究了促進膨脹機相變過程進行的措施。基本完成了課題預期研究成果。 　　對常規工質膨脹機進行了選型及設計計算，確定了雙轉子單級膨脹的膨脹機形式，以解決常規工質膨脹比較大的情況，根據膨脹機設計工況及轉子式膨脹機結構參數之間的幾何關係確定了膨脹機的基本尺寸。對膨脹機進行的模擬計算結果表明，膨脹機在進口壓力為1.6MPa，轉速變化範圍為400-1500rpm時，膨脹機理論能量回收率在73.1%-75%之間。對設計加工的膨脹機進行了測試，其結果表明，在氣液兩相進口條件下，膨脹機運轉平穩，並輸出一定的膨脹功。在進口乾度約0.7時膨脹機回收功達到約1200W。膨脹機效率隨氣液比例變化顯著，進口液態工質流量較大時膨脹機效率較低，而當膨脹機進口氣態工質流量較大時膨脹機效率較高，而且回收的膨脹功較多。 　　潤滑油的存在，使得膨脹機各運動部件的摩擦係數有效減小，可大大減小膨脹機的摩擦損失，同時也使得膨脹流體的物性受到一定影響。根據模擬計算結果，潤滑油含量在3%時，膨脹流體主要物性參數在5.1%範圍內發生變化，認為影響不大。為此設計了膨脹機的潤滑油系統，採取軸流供油方式實現膨脹機的潤滑。 　 而對膨脹相變機理的探索研究方面，當膨脹機迅速壓降時，由於傳熱和相變的滯後，液體會進入過熱狀態，即所有空間的液體都進入沸騰的準備階段。當過熱度達到一定值，由於液體內部的漲落，會均勻出現大量汽化核心，進而工質液體會迅速沸騰。該準備階段即為相變延遲過程，溶液中若混有微量不溶氣體或雜質顆粒，理論上來說將對系統造成一定擾動，可以減小液體相變的延遲時間、較容易實現相變膨脹做功。