基于动网格技术的双进/排气活塞式膨胀机动力性能研究

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作者 虞启辉 耿延歧 张立从 《工程设计学报》 北大核心 2025年第1期132-140,共9页

采用传统的分析方法难以获得活塞式膨胀机气缸内气体的压力场、温度场和速度场分布,因此,基于CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)动网格技术,研究了双进/排气活塞式膨胀机的动力性能。首先,对双进/排气活塞式膨胀机气缸... 采用传统的分析方法难以获得活塞式膨胀机气缸内气体的压力场、温度场和速度场分布,因此,基于CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)动网格技术,研究了双进/排气活塞式膨胀机的动力性能。首先,对双进/排气活塞式膨胀机气缸内气体的非定常流动进行数值仿真,得到其压力场、温度场和速度场的瞬态分布;其次,搭建膨胀机输出功率测试平台,比较多工况下输出功率的仿真值与测试值,得出两者的误差小于5.5%,验证了仿真方法的正确性;最后,通过正交试验,分析了进气压力、进气温度对膨胀机动力性能的影响。结果表明:压缩空气进入膨胀机气缸后,气体温度先快速升高,当曲轴转角为15°后持续下降;打开排气阀后,气缸内气体的压力高于环境压力,可以对剩余压力能进行回收;提高进气温度能有效提高膨胀机动力性能,当进气压力为0.5 MPa、进气温度从273 K升高到333 K时,膨胀机的输出功率增加19.8%,气体能量利用率提高18.3%;提高进气压力,则膨胀机的输出功率逐渐增大,气体能量利用率逐渐减小,当进气温度为273 K、进气压力从0.5 MPa提高到2 MPa时,膨胀机输出功率从0.81 kW增大到3.76 kW,气体能量利用率降低15.3%。研究结果为活塞式膨胀机的性能优化提供了理论依据。 展开更多

关键词 活塞式膨胀机 计算流体动力学 动网格技术 流场 正交试验

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用于发动机余热回收的往复活塞式膨胀机热力学分析 被引量：12

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作者 冯黎明 高文志 +1 位作者 秦浩 谢必鲜 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期665-670,共6页

膨胀机是朗肯循环的核心做功部件,相对于涡轮膨胀机,往复活塞式膨胀机更适合于回收发动机废气余热,研究活塞式膨胀机的热力过程对于优化朗肯循环的效率有重要的参考价值.为此,建立了往复活塞式膨胀机的热力过程计算模型,并计算分析了主... 膨胀机是朗肯循环的核心做功部件,相对于涡轮膨胀机,往复活塞式膨胀机更适合于回收发动机废气余热,研究活塞式膨胀机的热力过程对于优化朗肯循环的效率有重要的参考价值.为此,建立了往复活塞式膨胀机的热力过程计算模型,并计算分析了主要技术参数对膨胀机的性能影响规律.结果表明,进气压力和转速增大以及进气门关闭时刻的推迟都会导致往复活塞式膨胀机输出功和质量流量的增大,但会导致卡诺循环完成效率的降低. 展开更多

关键词 往复活塞式膨胀机 发动机 余热回收 朗肯循环

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膨胀比对活塞式膨胀机工作特性影响的研究 被引量：2

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作者 虞启辉 李晓飞 李晓东 《液压与气动》 北大核心 2023年第1期44-51,共8页

活塞式膨胀机在压缩空气储能领域具有广泛的应用,但是效率低,很大程度上限制了其发展。为改善活塞式膨胀机的工作性能,通过MATLAB建立活塞式膨胀机的仿真模型,通过实验方法验证仿真模型的准确性,以输出功率和效率作为性能指标对活塞式... 活塞式膨胀机在压缩空气储能领域具有广泛的应用,但是效率低,很大程度上限制了其发展。为改善活塞式膨胀机的工作性能,通过MATLAB建立活塞式膨胀机的仿真模型,通过实验方法验证仿真模型的准确性,以输出功率和效率作为性能指标对活塞式膨胀机进行研究,分析了进气压力、间隙容积、进气持续角对膨胀机输出特性的影响。结果表明:在恒定工况下,随着进气压力的增大,膨胀机的输出功率增大,但效率降低;在稳定的进气压力下,膨胀机存在最优间隙容积与进气持续角;活塞式膨胀机的效率随进气持续角的增大而降低,进气持续角越大膨胀机输出功率随转速的升高下降斜率增大;3 MPa的进气压力下,膨胀比为2.18时膨胀机的效率最佳,进气持续角为90°时膨胀机输出功率最优,在转速为570 r/min时输出功率达最大4.29 kW、效率达到19.6%。为可变膨胀比活塞式膨胀机的设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 活塞式膨胀机 膨胀比 输出功率 效率

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活塞式膨胀机的性能分析与试验验证

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作者 虞启辉 李晓东 +3 位作者 李晓飞 田利 谭心 张业明 《液压与气动》 北大核心 2022年第8期34-43,共10页

针对活塞式膨胀机的工作过程,利用能量方程、气体状态方程、拉格朗日方程等建立了非线性瞬时的热力学和动力学模型,实现对系统的精确建模和性能研究。利用MATLAB/Simulink得到的仿真转速/功率与实验平台测得的转速/功率进行比较,验证了... 针对活塞式膨胀机的工作过程,利用能量方程、气体状态方程、拉格朗日方程等建立了非线性瞬时的热力学和动力学模型,实现对系统的精确建模和性能研究。利用MATLAB/Simulink得到的仿真转速/功率与实验平台测得的转速/功率进行比较,验证了数学模型的正确性。通过仿真模型研究了进气压力、负载扭矩对活塞式膨胀机系统性能的影响,并分析了进气温度对系统性能的影响。研究表明:在一定压力条件范围内,随着负载扭矩的增加,活塞式膨胀机的输出功率和效率分别增大到一定峰值后减小,最大峰值功率为3.97 kW,最大峰值效率为38.8%;负载扭矩40 N·m,进气压力2 MPa时,排气阶段的压力为0.55 MPa,占进气压力的27.8%;提高进气温度会提高系统的输出功率和效率。 展开更多

关键词 活塞式膨胀机 拉格朗日方程 输出功率 效率 进气温度

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缸内喷雾强化换热的活塞式膨胀机膨胀过程分析

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作者 虞启辉 李晓东 《液压与气动》 北大核心 2023年第9期75-84,共10页

膨胀机作为压缩空气储能系统释能环节的主要部件,其效率及运行特性对整体性能具有决定性影响。与绝热膨胀相比,等温膨胀是提高活塞式膨胀机输出性能的有效方法。利用高温水雾喷入气缸强化缸内气体换热,进而提高膨胀做功能力。为了研究... 膨胀机作为压缩空气储能系统释能环节的主要部件,其效率及运行特性对整体性能具有决定性影响。与绝热膨胀相比,等温膨胀是提高活塞式膨胀机输出性能的有效方法。利用高温水雾喷入气缸强化缸内气体换热,进而提高膨胀做功能力。为了研究喷雾换热对膨胀过程的影响,首先建立了活塞式膨胀机绝热膨胀的非线性数值模型,并通过实验结果验证了模型的准确性。其次引入水雾-空气的传热方程,建立了准等温膨胀的非线性数值模型。仿真表明:进气压力1 MPa,负载扭矩30 N·m时,准等温膨胀的缸内平均空气温度提高了56 K,输出功率降低了1.48%,效率降低了3.63%。通过压力-容积图可知,准等温膨胀提高了膨胀阶段的缸内气体压力也导致了排气阶段气体背压的增加。 展开更多

关键词 活塞式膨胀机 准等温膨胀 输出性能 温度 背压

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有机朗肯循环中滚动活塞式膨胀机膨胀比最优化研究

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作者 吴腾马 柳建华 +1 位作者 徐小进 刘旗 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第1期13-17,共5页

针对容积式膨胀机出口压力与冷凝器内背压不同导致不可逆损失现象的存在,改进并设计了可变膨胀比的滚动活塞式膨胀机,并分析其工作原理。以R245fa为工质,研究了蒸发器内有机工质无过热、膨胀机无泄漏条件下,系统参数变化对膨胀机最佳膨... 针对容积式膨胀机出口压力与冷凝器内背压不同导致不可逆损失现象的存在,改进并设计了可变膨胀比的滚动活塞式膨胀机,并分析其工作原理。以R245fa为工质,研究了蒸发器内有机工质无过热、膨胀机无泄漏条件下,系统参数变化对膨胀机最佳膨胀比的影响。结果表明:膨胀机的最佳膨胀比受膨胀机效率的影响很小,而受发生温度和冷凝温度的影响较大,蒸发温度越高,最佳膨胀比越大,冷凝温度越高,最佳膨胀比越小,当系统某参数变化时,可以通过调节系统的其他参数使膨胀机处于最佳膨胀比下运行。为膨胀机膨胀比的设计和运行工况的选择提供参考依据。 展开更多

关键词 有机朗肯循环 滚动活塞式膨胀机 膨胀比 最 优化

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CO_2滚动活塞膨胀机的摩擦学系统分析

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作者 管海清 马一太 +1 位作者 李敏霞 杨俊兰 《家电科技》 2004年第3期141-143,共3页

应用摩擦学系统对CO2滚动活塞膨胀机系统的摩擦现象进行了综合分析,结果表明系统的摩擦、磨损不仅取决于配对材料的种类及其机械性质,还取决于其工作条件。润滑油和超临界CO2流体的性质都对系统的润滑状态有着重要影响。

关键词 活塞膨胀机 摩擦学系统 滑板 端部 活塞式膨胀机 CO2 二氧化碳

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膨胀机活塞顶盖撞掉事故原因浅析

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作者 张国江 《中国设备管理》 2000年第9期38-38,共1页

关键词 制氧机 活塞式膨胀机 故障分析 活塞顶盖

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一种新型膨胀机的研究与仿真

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作者 彭国勋 留沧海 +1 位作者 张健平 刘丽贤 《机械设计与制造》 北大核心 2015年第10期50-54,共5页

针对目前传统柱塞式膨胀机效率低的问题,对液体活塞式膨胀机和列管式换热器进行集成创新,提出了一种新型高效换热及热能再利用的膨胀机,并对该膨胀机的工作原理和节能效果进行了分析,说明了该新型膨胀机具有较高的效率。考虑气动系统效... 针对目前传统柱塞式膨胀机效率低的问题,对液体活塞式膨胀机和列管式换热器进行集成创新,提出了一种新型高效换热及热能再利用的膨胀机,并对该膨胀机的工作原理和节能效果进行了分析,说明了该新型膨胀机具有较高的效率。考虑气动系统效率远低于液压系统的问题,本膨胀机与液压马达进行组合,实现气动马达的功能,提高了系统的效率。用FLUENT软件对该膨胀机进行了仿真,说明了该膨胀机可以实现准定温膨胀过程。利用该新型膨胀机,能有效提高膨胀机的效率和系统整体效率。 展开更多

关键词 新型液体活塞式膨胀机 工作原理 准定温膨胀 液压系统 节能效果分析 余热利用 效率 FLUENT仿真

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CO_2双缸滚动活塞膨胀机模拟及实验研究 被引量：2

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作者 张美兰 马一太 +2 位作者 李敏霞 赵丽 王凯洋 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期36-39,共4页

本文对CO_2双缸滚动活塞式膨胀机的膨胀过程进行了模拟,分析了不同长度直径的中间通道对膨胀机膨胀过程的影响,综合考虑各种因素,得出了中间通道取长度为20 mm直径为4 mm时为最佳,依据模拟结果对CO_2双缸滚动活塞式膨胀机进行了改造,并... 本文对CO_2双缸滚动活塞式膨胀机的膨胀过程进行了模拟,分析了不同长度直径的中间通道对膨胀机膨胀过程的影响,综合考虑各种因素,得出了中间通道取长度为20 mm直径为4 mm时为最佳,依据模拟结果对CO_2双缸滚动活塞式膨胀机进行了改造,并利用CO_2跨临界循环水-水热泵系统进行了性能测试,并得出了初步的测试结果,测试结果表明,改造后的带膨胀机热泵系统运行状况已经由原来的偏离正常状态进入了比较正常的运行状态,膨胀机的膨胀比较之改造前也有所提高。测试结果显示膨胀机的等熵效率最高达到了42.3%。 展开更多

关键词 CO_2 双缸滚动活塞式膨胀机 模拟

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CO2滚动活塞膨胀机的模拟与分析 被引量：6

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作者 龚文瑾 马一太 赵丽 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1265-1269,共5页

臭氧层破坏与温室效应的不断加剧,使得应用自然工质CO_2的应用研究成为世界的研究热点.针对CO_2滚动活塞式膨胀机,本文运用FLUENT和EES两种模拟方法,分别对膨胀机内部流动过程、降压过程、泄漏过程、摩擦过程进行模拟分析,可以看出,两... 臭氧层破坏与温室效应的不断加剧,使得应用自然工质CO_2的应用研究成为世界的研究热点.针对CO_2滚动活塞式膨胀机,本文运用FLUENT和EES两种模拟方法,分别对膨胀机内部流动过程、降压过程、泄漏过程、摩擦过程进行模拟分析,可以看出,两种方法压力分析结果一致,因此,每个方法所分析的其它过程均可作为彼此的补充,从而指导今后膨胀机的设计与研究。 展开更多

关键词 CO2跨临界循环 滚动活塞式膨胀机 模拟计算

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提高CO_2跨临界循环效率的方法

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作者 徐明仿 杜维明 +1 位作者 宋飞 成耀龙 《制冷与空调》 2005年第4期40-43,共4页

针对CO2跨临界循环的特征,阐述了几种提高循环效率的方法,其中包括采用涡流管或者膨胀机代替膨胀阀,采用两级压缩、中间冷却技术等等。论述了涡流管代替膨胀阀提高系统效率的方法、原理,并介绍了一种适合小型制冷系统的新型气缸活塞式... 针对CO2跨临界循环的特征,阐述了几种提高循环效率的方法,其中包括采用涡流管或者膨胀机代替膨胀阀,采用两级压缩、中间冷却技术等等。论述了涡流管代替膨胀阀提高系统效率的方法、原理,并介绍了一种适合小型制冷系统的新型气缸活塞式膨胀机。另外,还叙述了CO2跨临界循环系统采用两级压缩、中间冷却时,最佳中间压力的确定原理以及方法。 展开更多

关键词 CO2跨临界循环 涡流管 气缸活塞膨胀机 两级压缩 最佳中间压力 循环效率 活塞式膨胀机 小型制冷系统 中间冷却 冷却技术

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