径流式气波制冷机性能参数分析

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1、径流式气波制冷机性能参数研究致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．84大连理工大学学位论文版权使用授权书⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．85VI大连理工大学专业学位硕士学位论文引言二十一世纪是全球经济飞速发展的时代，与此同时，能源的消耗也随之快速增长。现今，全世界面临着传统能源的日益短缺和能源价格暴涨的问题，因而现有能源的高效合理利用愈发得到重视。天然气是二十一世纪需求迅猛增加的能源之一。在天然气气田地层中富含有巨大的压力能，如何在开采、运输、使用过程中高效地利用这部分地层压力能是一个十

2、分重要且有价值的课题。从天然气井中所开采出的天然气中混含有饱和水蒸气以及重烃等其它的杂质，这些杂质的存在会使天然气在开采、运输和应用的过程中，所含有的天然气中的水分冷凝以致发生冰堵，甚至腐蚀管道设备，故需要对天然气进行冷却、重组分脱除等净化处理过程。在天然气的冷却处理过程中，通常采用的方法是膨胀制冷。多年的实践己然证明膨胀制冷这一方法是非常有效可行的。将膨胀制冷在天然气领域的实际使用中，目前投产运行的气波制冷机仍旧存在着一些不足，主要表现在：效率低下，一般实际投产运行设备的等熵制冷效率小于65％；振荡管内带液工作能力差，这直接降低了装置的等熵

3、制冷效率；所需要的振荡管长度较大，导致装置庞大冗余、振动情况剧烈；受限于高压下机械的密封能力，气波制冷机的处理压力不能过高；气体分配器旋转喷嘴的调节困难。这些问题都在一定程度上限制了气波制冷机的发展。基于对上面描述问题的考虑，大连理工大学的气波制冷推广中心突破地采用双端开口结构的转子通道，并在这种双端开口结构的内部流动特性的分析基础上，提出了外循环耗散型气波制冷机，有效地解决了旋转式结构制冷机所引起的问题且实验结果也表明外循环耗散型气波制冷机有着较高的效率，但耗散型结构也使得热量白白耗散掉。为此，大连理工大学气波制冷推广中心提出并首次制造出轴

4、流式深度膨胀气波制冷机，实现了制冷效率的再次提高。本文将基于该装置的原理和结构进行轴流式向径流式的转型研究。由于深度膨胀气波制冷机内部的波系运动十分复杂，且效率的影响因素也非常多，因此须要进行深层次的研究。目前，国内对此技术鲜有报道，因此本课题的研究更多依托于国外的波转子技术以及压力交换机械等相关的参考资料。本文研究的核心目标即如何提高径流式气波制冷机等熵制冷效率。用一维非定常流动理论和数值计算方法来分析通道内波动机理。通过数值模拟分析，得到装置结构的优化方案，最终达到提高装置的等熵制冷效率这一核心目的。径流式气波制冷机性能参数研究1文献综述

5、本章主要介绍课题相关的知识以及气波制冷机和压力交换机的发展和应用，为新型结构的压力交换制冷机的提出提供理论依据。1．1气体膨胀制冷概论以及效率计算说明从热力学的角度考虑，尽管各种制冷装置存在这样或那样的不同，但从基本原理出发是一样的，即利用某种物质的状态变化，从较低温度的热源吸取一定的热量，通过一个消耗功或是热量的补偿过程，进而向较高温度的热源释放出热量‘11。在图1．1矩形方框所示的热力学系统中，由热力学第一定律可得：阳=dU+万形叫1其中，万Q——系统获得的热量JU——系统增加的内能溯——系统获得的功因内能为状态参数，故用全微分进行表示；

6、而功和热量则为过程量，故其变化量用万表示。蝈——◆硼——◆图1．1热力学系统Fig．1．1The唧odyn锄icssystem系统制冷根本就是系统内能的减小，从上面所提热力学第一定律可以清楚知道，有两种方法可减小系统的内能：系统对外做功和系统对外输出热量。若要实现制冷，制冷介质和制冷设备是必不可少的两个因素。选择适宜的制冷介质在特定的热力过程中进行作用方能获得所需冷量。按照制冷介质热力过程的不同，制冷方法又可以分成非相变制冷和相变制冷拉j两种。相变制冷，顾名思义即是通过物质在相变过程进行热量交换来实现制冷。物质从液大连理工大学专业学位硕士学位

7、论文态变为气态、固态变为气态、固态变为液态过程中，会从环境中吸收热量，使得环境温度降低。相变制冷需要有两种介质参与热力循环过程，一种介质通过吸收热量发生相变，而另一种介质则释放热量，吸收冷量被冷却。现在用的空调设备多是气液相变制冷，其制冷效率比较高。非相变制冷是在制冷的过程中不发生物质状态的变化。制冷介质在特定的装置中通过能量的输出以实现自身内能的减小、温度的下降。气体膨胀制冷就属于非相变制冷，气体在消耗自身压力能的同时使得能量减小，实现制冷。气体膨胀制冷的原理是高压气体通过绝热膨胀手段达到低温，并利用膨胀之后的气体低压下的复热来制冷的。气体

8、膨胀制冷主要分为下面两个方式：将气体经过一节流阀进行膨胀，这一过程亦称为节流，此过程并无外功的输出，制冷总量也较小，气体所形成的温度降也较小，然而节流阀也存在着明显