变频滚动转子压缩机变吸气状态等熵效率建模及验证

通过变频滚动转子压缩机变吸气状态实验台,分析频率、压比、吸气过热度、吸气干度、蒸发温度和冷凝温度对等熵效率的影响机理以及变化规律,并建立变频滚动转子压缩机变吸气状态等熵效率模型。结果表明:等熵效率随压缩机吸气过热(10 K)至湿压缩段(吸气干度约0.9)不断减小,其减小幅度在8%—10%之间,且湿压缩段减小斜率大于吸气过热段;相同压缩机吸气状态,压缩机等熵效率分别随频率和压比的升高而减小,两者减小幅度均为非等比减小;相同压缩机吸气状态,冷凝温度变化对等熵效率的影响程度远高于蒸发温度。经实验验证,所建变频滚动转子压缩机变吸气状态等熵效率模型计算值与实验值最大相对误差和最小相对误差分别为1.85%、0.0162%,证明该模型具有一定的可靠性。

一种考虑传热现象的船用压气机等熵效率分区域建模方法

为提升全任务轮机模拟器中主柴油机的动态仿真精度,提出一种考虑传热现象的压气机等熵效率分区域建模方法。对压气机性能图谱中的等熵效率数据进行传热校正,对一种广泛应用的压气机等熵效率模型进行改进,利用性能图谱中已有的等转速线将"比焓变-质量流量"平面划分为若干个区域,采用各区域上下限等转速线对应的样本数据将模型参数化。仿真结果表明:相比原模型,分区域等熵效率模型的预测精度有所提升,校正之后的决定系数由0.967 5增大至0.985 8,最大绝对相对误差由6.796 7%下降至2.553 5%,平均绝对百分误差由0.903 8%下降至0.642 8%;分区域等熵效率模型能较为合理、稳健地外推至非设计工况区域,向高转速区域外推时的平均绝对百分误差仅为0.842 2%,向低转速区域外推时为2.031 8%。考虑到分区域等熵效率模型的结构紧凑、计算速度快,同时能给出令人满意的预测精度和外推能力,可将其应用于基于模型的控制和故障诊断等研究领域中。

气波制冷机等熵效率影响因素的实验研究

通过实验研究了气体分配器转速、振荡管长度与气体膨胀比等因素对气波制冷机等熵效率的影响 ,给出了影响曲线并进行了分析。同时 ,对强化振荡管传热、耦合脉管制冷结构等提高等熵效率的方法进行了实验研究。研究结果对改善气波制冷机的结构与性能具有指导意义。

有机朗肯循环径流式汽轮机结构尺寸及等熵效率研究

针对现有的有机朗肯循环（ORC）理论优化研究中指定膨胀部件等熵效率为定值这一分析方法的不足,研究了不同压比和绝热指数对径流式单级汽轮机结构尺寸和等熵效率的影响,为基于该类膨胀部件的ORC理论优化研究提供膨胀部件等熵效率的取值依据.结果表明：汽轮机制造条件限制了高绝热指数的工质实现高压比的循环工况;A类情形（绝热指数1.1-1.5）下,汽轮机无量纲结构尺寸大体相同,等熵效率变化规律相似;B类情形（绝热指数1.6-2.3）下,汽轮机无量纲结构尺寸和等熵效率均随绝热指数的变化而明显变化;间隙损失是影响A类情形下汽轮机等熵效率变化规律的主要因素;更高的二次流损失和间隙损失是造成B类情形汽轮机等熵效率低于A类情形的主要原因;各个工质工况间汽轮机等熵效率值的差别最大可达15%左右.

影响热分离机等熵效率的主要因素及改进方法

根据多年来实验研究和推广应用，综合分析了影响旋转式热分离机效率的若干因素，并就脉冲管各主要能量损失与结构参数、运行参数之间的相互关系进行了讨论，提出了改进措施，同时在实验的基础上导出了最佳管长的半经验公式。

气波制冷等熵效率的影响因素及评价

介绍了气波制冷机的结构及原理 ;详细讨论了气波制冷机等熵效率的影响因素 ,并做出了评价 ;指出了今后研究的发展趋势 .

在设计中如何确定等熵效率

本文着重论述了天然气膨胀致冷回收轻烃工艺设计中确定等熵效率的原则和依据。并指出,在工况相似的条件下,气相透平膨胀机和二相透平膨胀机在大多数情况下,设计中确定的等熵效率应与厂家给出的等熵效率值相等。

用HYSIM计算膨胀机的等熵效率

通过大量计算对比,作者指出用HYSIM程序可取代i—s图来计算膨胀机在空气介质条件下的等熵效率。同时说明了用温降比法计算等熵效率的局限性及其适用范围。

温升法测量压气机等熵效率的不确定度

基于Rotor37单转子压气机性能试验数据,分别使用蒙特卡洛法与不确定度传播率法对温升法测量压气机等熵效率的不确定度进行评定,对不同转速、流量工况下等熵效率的测量不确定度进行分析,对等熵效率测量不确定度分配方法进行研究。结果表明,两种方法评定的最佳估计值、标准不确定度基本相同,但蒙特卡洛法评定的95%包含概率的最短包含区间比不确定度传播率法更窄,在输入量为非正态分布时差距更大,因此在输入量为非正态分布时应慎重使用不确定度传播率法。同一转速下,随着流量增大,等熵效率测量不确定度增大;不同转速下,随着转速降低,等熵效率测量不确定度增大,低转速时温升法测得高精度压气机等熵效率的难度大大增加。等熵效率测量不确定度分配方法研究结果表明,等作用分配方法对总温测量精度要求比等精度分配方法高,更难以实现。所研究的压气机在70%设计转速最大流量工况下,给定等熵效率测量相对不确定度为0.5%。按等精度分配方法分配总压、总温测量不确定度需分别达到35 Pa和0.083 K。通过增加径向测点数、采用铂电阻总温探针和气流总温校准方法可以提高总温测量精度,进而提高等熵效率的测量精度。

仿生圆弧微槽对离心叶轮气动性能影响的数值研究

为提升离心叶轮的气动性能及降低流动损失,以鲨鱼表皮微沟槽为仿生原型,结合数控加工工艺开展了仿生圆弧微槽对离心叶轮气动性能影响的数值研究。针对叶片压力面和吸力面,首先在50%叶高处分别布置不同尺寸的仿生圆弧微槽,探求能使离心叶轮性能得到提升的最佳微槽尺寸;然后,分别按一定叶高间隔布置最佳尺寸的仿生圆弧微槽,研究微槽数量对离心叶轮流场和性能的影响;最后,按不同叶高间隔同时布置不同数量的仿生圆弧微槽,进一步探究其对气动性能的影响规律。数值结果表明:相对宽度为2%、深度为5%的微槽是提升离心叶轮性能的最佳微槽尺寸;在压力面和吸力面分别以7%、6%叶高间隔布置13、16条微槽,能够显著改善叶轮出口截面的流场分布,从而降低流动损失;在压力面和吸力面同时布置最佳尺寸及数量的微槽,能够进一步提升离心叶轮的气动性能,设计工况下等熵效率提升了0.63%,压比提升了0.40%。研究工作可为离心叶轮的设计优化及数控加工提供参考。

压缩机等熵功的精确计算方法

压缩机的效率是衡量其完善性的重要指标,压缩机的等熵功是计算效率的一个基本参数,因此需要给出精确计算值。本文根据等熵过程始态、终态熵相等的原则,提出了一个计算往复活塞压缩机等熵过程理论循环功的精确计算方法,应用该方法可以提高压缩机效率的计算精度。该方法还可以方便地编制计算机程序。通过实例,对文中提出的精确计算方法和常用的压缩机等熵功计算方法的计算结果进行了比较,并对两者的差别进行了分析。

R134a制冷机组中压缩机和回热器性能的试验研究

为研究R134a制冷机组中压缩机和回热器运转性能,以制冷机组运行压比为调节变量,使用压缩机排气温度、功耗、等熵效率、机组制冷量及系统能效比COP为评价指标,采用单一变量法对两元件运转性能进行测试。试验运行中,主要通过控制制冷机组蒸发温度、冷凝温度实现压缩机压比的调节。结果表明:压缩机排气温度、功耗随压缩机压比的增加而增大,机组制冷量、COP及压缩机等熵效率随压缩机压比的增加而减小;压缩机功耗与蒸发温度呈负相关,而其他性能指标与蒸发温度呈正相关。根据试验数据揭示压缩机等熵效率与压缩机压比之间的内在联系,所获取模型可实现压缩机等熵效率的高精度预测,预测平均误差约为0.45%。基于试验数据对比分析了回热器应用前后压缩机功耗、机组性能的变化趋势,除回热器在低压比工况下可明显提升机组制冷量外,在大部分工况下回热器可通过降低压缩机功耗提升机组整体性能。

吸气状态对压缩机效率影响的实验研究

建立变频滚动转子式压缩机试验台,测量了吸气过热或吸气带液状态下压缩机的容积效率和等熵效率。结果表明:高背压设计的滚动转子式压缩机在吸气带液时,压缩机效率的下降趋势小于低背压设计的活塞压缩机,为其下降率的50%;吸气干度为0.9时压缩机的容积效率和等熵效率比吸气饱和状态下降约为7%和8%,在相同的转速和运转频率下,压缩机效率随吸气干度的降低近似线性下降。

汽轮机静叶除湿缝性能分析及结构改进

基于数值模拟方法,采用双流体模型,分析了汽轮机静叶除湿缝特性对除湿能力和级性能的影响,结果表明:随着除湿缝角度减小或宽度增大,除湿能力逐渐提高,级效率逐渐降低;除湿缝进口倒斜角或圆角,能提高除湿能力,但会略微降低级效率;在吸力面或压力面增加除湿缝数量,能显著提高除湿能力,但会大幅降低级效率。综合考虑除湿能力、级效率、叶片强度和加工可行性,该机组末级静叶除湿缝角度建议取45°,宽度建议取4 mm,进口建议倒斜角。

旋叶式压缩机在船舶LNG燃料系统的仿真及应用

对近年广泛装船应用的一种新型旋叶式压缩机进行深入研究,对其结构形式及工作原理进行介绍。通过与传统蒸发气压缩机进行对比分析,论证其装船适用性及限制条件。提出一种合理化的近似仿真模拟计算方法并采用专业软件进行仿真模拟,通过与厂家实际数据进行对比,证实其仿真计算方法的有效性,从而解决了该类型压缩机特殊结构形式导致液化天然气燃料系统定量分析计算困难的问题。研究结果对LNG、氨、氢等绿色低碳燃料的船舶工程应用具有参考借鉴价值。

微型离心叶轮叶片进口角度对压气机性能影响

为了研究离心叶轮叶片进口角度对离心压气机气动性能的影响,在叶片进口处设计5组不同叶顶弯曲角度和3组不同叶根倾斜角度的离心叶轮,实现了不同的叶轮叶片进口角度,采用计算流体力学(CFD)方法对不同叶型的离心压气机在设计工况下的流场进行了仿真分析。研究结果表明:对于跨声速微型离心式压气机,增大进口叶片叶顶弯曲角度可提高压气机的等熵效率和压比。当叶顶弯曲角度从50°增大到70°时,离心压气机的压比增大17%,等熵效率增大22%,进口气流角减小而出口气流角增大。增大叶根倾斜角度压气机出口压力比降低2.4%,等熵效率降低3.9%。叶片进口弯曲角度是提高其等熵效率、压比的一种有效方法,该分析方法为合理选择叶片前缘角度提供了参考,为跨音速微型离心压气机的设计提供了借鉴。

小型有机朗肯循环系统中工质泵的效率

对小型有机朗肯循环系统中工质泵的性能进行了实验研究,建立了应用R245fa工质的小型工质泵性能研究试验台,针对容积型工质泵的效率展开实验研究,对工质泵出口压力、进出口压差和系统质量流量分别进行控制,获得了工质泵等熵效率随上述3个变量的变化曲线。实验结果表明,在蒸发温度75℃、冷凝温度11℃条件下,有机朗肯循环系统中工质泵的等熵效率范围为15%～47%,随着系统质量流量的增大和工质泵进出口压差的增加,工质泵等熵效率升高,且受到系统质量流量的影响较大。实验证实了有机朗肯循环系统中工质泵的实际运行效率比以往模拟、理论计算研究中应用的工程经验值低。依据本研究实验结果,工质泵等熵效率宜取平均值30%;基于理论循环等熵过程的分析,泵功占膨胀机输出功的比例约为8%,而实际过程中,综合考虑泵的效率、电机效率、膨胀机机械效率,其比值可达到12%以上。

透平机械的多变效率和重热现象

针对透平压缩机、透平膨胀机,推导了实际气体多变效率的计算方法,对重热现象的本质,以及重热系数的影响因素进行了详细分析。

微型涡喷发动机离心压气机的性能计算及分析

文中对微型涡喷发动机的离心压气机进行了气动分析。采用商业仿真软件NUMECA对某微型涡喷发动机的离心压气机进行70%、80%、90%、100%转速的数值计算及流场分析。计算结果显示:不同转速下随着流量的减小,效率先增大后减小,压比逐渐增大。通过对流场分析得出:100%转速时,压气机的损失主要来源是叶轮主流叶片前缘的激波、叶轮叶顶吸力面附近的流动分离与堵塞、轴向扩压器前的轮毂侧和叶背的分离;对比其他转速,由于压气机前后级间存在匹配关系的变化,在离心压气机各部件流场恶劣趋势不同的情况下,90%转速相对于其他转速的流场损失较小,因此其效率更高。

测试布局对涡轮效率的影响研究

在涡轮稳态性能试验中,由于探针几何堵塞限制,进/出口测量截面上过少的测点以及近端壁流场信息缺失影响涡轮等熵效率的评估精度。本文基于涡轮出口截面近壁边界层与平板湍流边界层速度分布相似的假设,首先发展了涡轮近壁边界层总温、总压计算模型,然后利用PW E^3单级高压涡轮的数值计算结果,分析发现此近壁边界层模型能大幅改进涡轮测试效率的精度,轮毂近壁测点位于5%~10%叶高、机匣近壁测点位于90%~95%叶高时,近壁边界层模型修正的涡轮效率精度最高。测试截面位于涡轮出口3倍转子叶根轴向弦长下游时,在不同的涡轮工况下,涡轮的修正效率与CFD全流场计算效率的误差小于0.3%。利用此模型,进一步分析了探针周向、径向测点数对涡轮效率的影响,获得了高精度测试效率所需的最少周向测点数为5,最佳径向点数可取7~10。获得的试验数据后处理方法以及测试探针布局准则,能用于指导工程上涡轮性能试验方案设计以及试验数据后处理。