【摘 要】
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真实气体状态方程自提出以来经过多年的发展,目前对于真实气体定常流动设备的设计与性能研究已有较为成熟的理论方法。然而针对工作原理为非定常波动过程的气波类设备,近年来文章与研究较少,目前主流方法仍然是先采用理想气体模型进行参数预估,再利用CFD模拟进行修正。波转子是一种利用非定常波系交互作用过程工作的气波设备,由于其能够直接传递能量而无需轴或叶轮等机械部件做功,波转子增压技术已成为我国一项变革性技术,
【基金项目】
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国家重点研发计划（2018YFA0704602）；
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真实气体状态方程自提出以来经过多年的发展,目前对于真实气体定常流动设备的设计与性能研究已有较为成熟的理论方法。然而针对工作原理为非定常波动过程的气波类设备,近年来文章与研究较少,目前主流方法仍然是先采用理想气体模型进行参数预估,再利用CFD模拟进行修正。波转子是一种利用非定常波系交互作用过程工作的气波设备,由于其能够直接传递能量而无需轴或叶轮等机械部件做功,波转子增压技术已成为我国一项变革性技术,具有重要的研究意义。但因其非定常特性,采用CFD模拟运算过程缓慢,周期长,严重影响生产或实验进程,因此开发一种真实气体波转子算法有着较高的研究价值。本文主要研究内容及结论如下:（1）对真实气体跨过单一波（激波及简单波）的过程进行求解,并给出膨胀波、压缩波、激波和接触面的相交与反射等作用及激波管的计算方法,对其中部分模型进行CFD验证;在对R23/R134a混合制冷剂激波管模拟过程中发现采用理想气体状态方程的算法误差较大而真实气体算法与模拟结果误差小于1%。（2）分别基于理想气体及真实气体状态方程开发了三端口波转子设计程序（IGWR/RGWR）,并与二维CFD模拟结果进行对比,发现RGWR与CFD模拟压力最大误差约6%左右,温度约1%,而IGWR计算两者误差均高于RGWR,因此设计波转子设备时必须考虑真实气体效应;且RGWR的计算时间远远小于CFD模拟,可以用于波转子各区状态参数的初步计算。（3）将RGWR程序应用于自复叠制冷循环计算后发现,在本文的初始条件下,波转子强化的自复叠制冷循环中压缩机压比降低了约21%,且含RGWR的自复叠制冷循环算法能够同时满足热力系统的质量守恒、能量守恒及波转子内部的动量守恒,可用于波转子强化的自复叠制冷系统的热力学及气体动力学分析。（4）搭建波转子实验台,进行了单一制冷剂R134a波转子引射实验,实验结果表明当开启波转子时可以实现高压流体引射低压流体并对其增压的过程,在实验条件下引射率约9%,增压比约为1.36;而波转子关闭时高压流体会倒流至低压管道中,且中压流体压力与低压流体相近。实验结果证明了波转子工作原理的可行性。
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