毕业论文-多级单阀膨胀机的理论与实验研究

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1、密级:硕士学位论文多级单阀膨胀机的理论与实验研究作者姓名：薛皓白指导教师:陈海生研究员张新敬助理研究员学位类别:工学硕士学科专业:工程热物理研究所:中国科学院工程热物理研究所2014年5月多级单阀膨胀机的理论与实验研究TheoreticalandExperimentalStudyofaMultistageSingleValveReciprocatingExpanderByXueHaobaiADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillme

2、ntoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineeringInstituteofEngineeringThermophysicsChineseAcademyofSciencesMay,2014多级单阀膨胀机的理论与实验研究关于学位论文使用权声明任何收存和保管本论文各种版本的单位和个人，未经著作权人授权，不得将本论文转借他人并复印、抄录、拍照、或以任何方式传播。否则，引起有碍著作权人著作权益之问题，将可能承担法律责任。关于学位论文使用授权的说明本人完全了解中国科学院工程热物理研究所有关保存、使用学位论文的规

3、定，即：中国科学院工程热物理研究所有权保留学位论文的副本，允许该论文被查阅；中国科学院工程热物理研究所可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该论文。（涉密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：关于学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。签名：导师签名：日期：多级单阀膨胀机的理论与实验

4、研究摘要摘要储能技术是能源领域的研发热点。其中，压缩空气储能技术（CAES）具有功率范围广、寿命长、存储时间不受限制、环境友好等优点，已经成为当前储能技术的重要研究方向。压缩空气储能系统主要分为储能和释能两个子系统，作为释能子系统的关键部件，多级膨胀机的工作特性直接影响储能系统出功及效率的高低。按照结构形式的不同，多级膨胀机可以分为容积式和透平式两种。在容积式膨胀机中，单阀活塞膨胀机具有结构简单、压比高、易于调节控制等优点，尤其适用于微小型压缩空气储能系统。本文通过数值模拟分析和实验研究方法，研究了单阀膨胀机的热力学特性，以及膨胀机的内部流场，并分

5、析各种结构参数与运行参数对膨胀机系统性能的影响规律。主要研究内容包括：1.根据单阀膨胀机的理论循环特性，结合小型超临界压缩空气储能系统的要求，对其进行了热力设计及过程模拟，分析了缸内状态参数随曲轴转角的变化规律及不同结构、运行参数对膨胀机整体性能的影响。2.对单阀膨胀机气缸内部流场结构进行了数值模拟，研究了缸内特性参数随曲轴转角的变化规律，得到了不同曲轴转角时的流动细节及其内部流动损失机理，为开展膨胀机气缸优化设计提供了理论依据。3.研究了单阀膨胀机配气机构设计方法，提出进气阀运动控制方法并完成配气机构设计；改进了膨胀机飞轮设计方法，改进后的设计方

6、法能够更加精确、高效地计算飞轮矩。4.搭建单阀膨胀机实验台并开展实验研究，测试得到其实际工作特性，讨论其特性参数随转速的变化规律。同时将实验结果与理论分析结果进行对比，在验证数值分析方法的同时为更深入的理论与实验研究提供参考和依据。关键词：压缩空气储能；活塞式膨胀机；数值模拟；实验研究I多级单阀膨胀机的理论与实验研究IIAbstractAbstractElectricalEnergyStorage(EES)technologyistheresearchfocusofenergyresearchfield.AmongalltheEEStechnolo

7、gies,CompressedAirEnergyStorage(CAES)hasthemeritsofwidepowerrange,longlifetime,unlimitedstoragetimeandlowerimpactontheenvironmentandhasbecomeanimportantresearchareaofcurrentEEStechnology.CAESsystemcouldbedividedintotwosubsystems:theenergystoragesubsystemandtheenergyreleasesubs

8、ystem.Asakeycomponentofenergyreleasesubsystem,theoperatingcha