天然气是重要的清洁能源,在工业生产和人民生活中有着广泛的应用。储藏在地层里的天然气蕴含着巨大的压力能,在开采和运输过程中要对天然气进行压力匹配操作,从而造成大量压力能浪费。因此,研究用于天然气节能的设备具有重要的意义。均衡器是一种新型高效节能的压力交换设备,利用激波和膨胀波将一股高压气体和一股低压气体转化为一股中压气体输出。与传统的引射器相比,均衡器在小压比时具有很大优势。本课题对均衡器从理论分析、数值模拟、机器加工和实验研究四方面对其作了深入研究：(1)理论分析：运用气体动力学理论分析均衡器工作原理,用一维非定常理论分析均衡器波转子通道内激波和膨胀波的运行规律,优化波形匹配,并绘制均衡器的工作理想波图。从理论角度初步计算均衡器偏移距离等设备尺寸。(2)数值模拟：利用二维单通道模拟计算模型对均衡器各个喷嘴宽度进行初步核算,在此基础上建立均衡器二维数值计算模型。运用CFD软件Fluent对均衡器流场进行二维多周期模拟计算,分析了喷嘴宽度、偏移距离、间隙及固壁距离对均衡器抽射率和等熵效率的影响,总结了它们的变化规律,优化了均衡器结构尺寸。(3)机械加工：在模拟计算的基础上,对均衡器结构尺寸进行了优化组合,画出了装配图,对转子等部件进行了试制,并加工了一台样机,为实验研究提供了平台。(4)实验研究：建立了实验系统,研究了结构参数和操作参数对均衡器性能的影响,总结了实验中均衡器性能的变化规律。设备性能的影响因素主要包括喷嘴尺寸、偏移距离、转速和间隙等,只有当不同的结构尺寸达到较好的匹配才能使机器处于最佳工况。通过上述研究使我们更加了解均衡器的性能随各个参数的变化规律,为今后设备的改进和应用提供了重要依据。