微型排气回收高效节能涡轮发电系统工作机理研究

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1、分类号：TH138学号：201500356004硕士学位论文微型排气回收高效节能涡轮发电系统工作机理研究Researchontheworkingmechanismofmicroexhaustgasrecoveryandhighefficiencyenergysavingpowergenerationsystem研究生姓名：张建旭指导教师：石运序副教授学科门类：工学专业名称：机械制造及其自动化论文提交日期：2018年6月5日烟台大学硕士学位论文摘要作为一种动力系统，气动系统具有结构简单和清洁无污染等特点，但是气动系统的能量转换效率较低。在气压传动系统中，气

2、缸内的有压气体做完功后，通常直接排到大气中去，造成巨大的能量损失。因此，对气缸排出的有压气体能量进行回收利用具有重要的研究意义。基于节能减排的思想，本文设计了微型排气回收高效节能涡轮发电系统，将气缸排气腔能量转换为电能进行储存、利用。首先分析了气动系统的排气特性，结合目前常见的压缩能转化为机械能再转化为电能的能量转换装置结构，制定了微型涡轮发电系统的设计方案，并对其可行性进行分析；然后对微型涡轮发电系统的核心部件—微型涡轮进行设计，研究分析了微型涡轮结构、导流形式以及叶片数量对输出扭矩的影响规律，给出微型涡轮输出扭矩与叶片数量的关系；利用FLUENT对微

3、型蜗壳内部流场进行数值模拟；确定微型涡轮发电系统整体结构后，建立了基于AMESim仿真的数学模型。实验分析了不同微型蜗壳结构对输出扭矩的影响规律，验证了理论模型的有效性；对附加微型涡轮发电系统后的气动回路进行实验，分析了活塞在不同工作压力下的运动特性及微型涡轮发电系统启动特性和发电特性。最后简化能量传递关系，提出适合微型涡轮发电系统的能量转化效率评价方法。基于上述分析研究，得出以下结论：1）微型涡轮采用NACA系列，直线型风帽，叶片数目采用5片；2）进气口位置设置为距离涡轮顶部8.5mm处、开口宽度为5mm、开口位置与微型涡轮根部平齐；3）在排气腔侧附加

4、微型涡轮发电系统对原有气动回路产生一定影响，在气缸排气侧分别安装微型涡轮发电系统或消音器时，对气缸腔室压力及活塞运动学特性影响相当，因此，微型涡轮发电系统可以作为一个节能附件附加到气动回路中；4）工作压力越高，启动性能越好，随着工作压力的增大，能量转换效率变大。关键词：气缸排气节能；微型；数值模拟；实验分析；效率评价I烟台大学硕士学位论文ABSTRACTAsapowersystem,pneumaticsystemhasthecharacteristicsofsimplestructure,cleanandpollution-free,buttheener

5、gyconversionefficiencyofpneumaticsystemisrelativelylow.Inthepneumatictransmissionsystem,thepressurizedgasinthecylinderisusuallydischargeddirectlyintotheatmosphereaftertheworkisdone,resultinginhugeenergyloss.Therefore,therecoveryandutilizationofpressurizedgasenergyfromcylinderisof

6、greatsignificance.Basedontheideaofenergysavingandemissionreduction,ahighefficiencyandenergysavingturbinepowergenerationsystemisdesigned,whichconvertstheenergyofcylinderexhaustcavityintoelectricenergyforstorageandutilization.Firstly,theexhaustcharacteristicsofthepneumaticsystemare

7、analyzed,andthedesignschemeofthemicroturbinepowergenerationsystemismade,andthefeasibilityisanalyzed.Thenthemicroturbine,thecorecomponentofthemicroturbinepowergenerationsystem,isdesigned.Theinfluencelawofthemicroturbinestructure,theflowguideformandthenumberofturbinebladeontheoutpu

8、ttorqueisstudiedandanalyzed,andtherelati