【摘 要】
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在传统的气相制冷循环中,容积式压缩机和速度式压缩机被广泛使用,然而当循环内出现液相流体时,二者均存在一定的问题:容积式压缩机带液运行会降低其余隙容积,损坏活塞杆甚至气缸;速度式压缩机转速较快,高速运行下会出现液击现象。波转子作为一种非定常流动设备,其工作过程中膨胀侧和压缩侧被接触面隔开,无质量传递,转速较低,因此液击问题得到解决,可以实现带液运行。利用波转子优越的带液操作特性和高效的增压能力可显著
【基金项目】
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国家重点研发计划(2018YFA0704602);
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在传统的气相制冷循环中,容积式压缩机和速度式压缩机被广泛使用,然而当循环内出现液相流体时,二者均存在一定的问题:容积式压缩机带液运行会降低其余隙容积,损坏活塞杆甚至气缸;速度式压缩机转速较快,高速运行下会出现液击现象。波转子作为一种非定常流动设备,其工作过程中膨胀侧和压缩侧被接触面隔开,无质量传递,转速较低,因此液击问题得到解决,可以实现带液运行。利用波转子优越的带液操作特性和高效的增压能力可显著降低制冷压缩机的压比,实现两相增压过程,因此对于两相波转子的工作原理和增压特性的研究是十分必要的。本文在单相制冷工质波转子研究的基础上,详细分析了不同增压比、不同膨胀比以及不同液相分数下两相波转子的增压特性,并在制冷工质波转子实验平台上对其进行了实验验证。具体工作和相关结论如下:(1)研究了真实气体的非定常流动过程,详细分析了压力波的形成、反射和相交规律,通过对两相流模型的对比分析和验证,建立了两相波转子的数值模型。在此基础上,精准规划了波转子的工作波图。(2)完成了激波管内气波两相增压特性分析,详细研究了初始压比、制冷工质的种类以及高压侧的液相体积分数等对气波两相交互作用规律和增压效应的影响。对比分析后发现,相同条件下,R134a的增压效果要优于R23,并且部分液相闪蒸相较于纯液相闪蒸,增压比有较为明显的提高。(3)数值和实验研究了气相制冷工质波转子的增压特性。实验结果表明,波转子可以引射低压气体并对其进行增压,但实验受到摩擦和泄漏等因素的影响,其引射性能要明显低于数值结果。(4)数值模拟了波转子内两相增压过程,对比研究了增压比、膨胀比以及液相体积分数等对R718冷凝波转子和R134a闪蒸波转子引射性能的影响。结果表明,波转子等熵效率较高,并且具有良好的带液操作特性和自冷却特性,可以在小温升情况下实现两相增压过程。同时还发现,合适的端口偏角能够提升波转子的引射率。
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