R718相变波转子增压特性及其在制冷循环中的应用
气波增压技术是利用运动的激波和膨胀波来实现两股不同流体的能量交换过程，该技术已经应用于天然气处理和输运、车用增压器、燃气轮机和制冷循环等领域。该技术具有结构简单、等熵制冷效率高、带液能力较强、具有较好的应用前景。但是以往气波技术一般用于气/气方面，很少有人将气波技术应用于气/液两相的领域。因为研究气液两相流的气波增压技术涉及到复杂的相变过程，其内部流场极其复杂，尤其是激波管内的气液混合的两相区对于运动波系的影响较大，对于波系匹配提出了更高的要求。因此研究气波技术在气液场合的应用，是一个充满挑战的课题。 本文针对闪蒸波转子用于R718蒸汽压缩制冷的增压机制进行了详细的研究工作，对耦合闪蒸、冷凝等非定常压缩过程和热力学过程进行了细致研究和分析，初步开发和调试了含闪蒸波转子的R718 VCR系统，为以后的研究打下坚实的基础，其主要工作和相关结论如下: (1)相变波转子内耦合闪蒸、冷凝等非平衡过程的多相压缩流动研究 建立完成耦合蒸发/冷凝/池沸腾等平衡相变过程的多流体CFD模型，完成一种R22为中间介质的新型蒸发器，并试制实验样机;建立完成起能精确捕捉强间断且能模拟闪蒸、冷凝等非平衡过程的CFD模型，首次获得了R134a和R718的工作波图，并成功扑捉到闪蒸波和冷凝激波，获得了两种介质下的激波、膨胀波、接触面等相遇、相交、反射和透射规律，分析完成闪蒸波转子的增压机制，研究发现在较大的压比下，激波管内R718闪蒸压缩的增压特性明显，其增压和制热效果随着压比的增大而变大。在相同压比条件下，R134a闪蒸过后的增压和制热特性明显要好于R718。在闪蒸膨胀比5时低压蒸汽的增压比达1.7，从机制上验证了在R718VCR系统中，利用闪蒸增压方式将气相压缩转化为液相增压的可行性。 (2)发明闪蒸波转子增压器，并开发完成含该增压器的R718 VCR系统。 基于增压波转子的轴向和径向方案，开发并加工完成轴流闪蒸相变波转子增压器。在此基础上搭建完成嵌入闪蒸波转子增压器的R718 VCR系统，占地达10m2，其中利用超大液气比分离器，将膨胀液体/制冷剂流量比维持在125左右。 (3)完成含闪蒸波转子增压器的R718 VCR系统热力学分析。 基于ASME STEAM模型的含相变波转子增压的R718 VCR分析程序，理论COP达9.7。分析表明，本质上属于热压缩技术的相变波转子增压利用非定常气波增压方式完成，过程效率要高于定常效率，已经成为热压缩技术的创新性扩展，本项研究同时将波转子增压的制冷技术拓展至热泵循环，创新性地将其用于蒸发技术中，并申报2项国家发明专利(CN201410707512.1，CN201410710970.0)。
相变波转子;热力学;非定常压缩;制冷循环;增压特性
大连理工大学
硕士
化工过程机械
代玉强
2015
中文
TB65
84
2015-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）