接触面的倾斜对波转子制冷机和机械增压器性能的影响

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1、翻译1:2013年美国机械工程师学会国际机械工程大会暨展览会论文集IMECE2013美国，加利福尼亚州，圣迭戈，2013年，简月45日至21日IMECE2013-63449接触面的倾斜对波转子制冷机和机械增压器性能的影响摘要作为新一代的旋转气波机，波转子机例如波转子制冷剂（WRR）和波转子增压器（WRS）是非定常流动的设备。在他们运转过程中两股气流（不同的压力，甚至不同阶段）进入直接接触，借由冲击波和膨胀波的运动进行能量交换。详细的研究表明，当转子通道逐步开放至高压端口，转子通道处的接触面不可避免地倾斜，伴随着反射波。这会对WRR的制冷性能或WRS的增压性能

2、产生非常大的能量耗散和影响。在这项工作中，对离心力、科里奥利力、渐进通道开放和渐进的通道关闭，等影响气波流通和冲击波和接触面的倾斜的因素，通过流体力学计算和实验，进行了研究。接触面的倾斜造成速度和大量的局部损失分布不均匀。旋转马赫数小于0.3,接触面的倾斜可以缓解。为了减少对于转动马赫数的不利影响，较小的转子通道宽度或更高的旋转速度是必要的。旋转效应对于气体偏斜的不连续性起着重要作用。罗斯贝数为13-3.5时，两波转子的离心力和科里奥利力不能被忽略。为了减小接触面的偏斜损失，低级转速似乎必要的。波转子的旋转速度对冲击波和接触面的偏斜具有辩证的影响。高压口的喷

3、射宽度为转子通道逐步开放的关键因素。减少气体波倾斜损失一个可行方法是，优化高压口宽度和通道宽度的比率。验证实验己经获悉对于WRRs,嫡效率至少提有3~5%的升。简介用于制冷和增压［1・2］的波转子技术是一种基于非定常流理论即具有不同压力或不同阶段的气体流可借由冲击波和膨胀波的运动进行交换能量［3・8］的新技术。有用于不同目的的两个典型波转子机：波转子制冷器（WRR）,如图1所示,和波转子增压器（WRS）。WRRs通常用于高压天然气的膨胀制冷，用于R718蒸汽压缩致冷系统的话能有效地减小R718压缩机的压力比。这两种波转子装置都是在大连理工大学［9］的实验室开

4、发的。然而波转子制冷机脉冲管的非定常流数值分析已经被广泛进行［10-12］,更详细的分析接触面倾斜对WRR的转子通道的影响己经被证实，尤其是对于伴有复杂偶然非平衡热力学现象的冷凝波转子。这项研究提出了通过利用流体动力学计算分析和实验的手段对通道接触面的弯曲原因和影响进行研究。图1原始波转子制冷机和实验装置转子通道接触面的扭曲的原因转子通道1逐步开放过程。无论怎样的旋转的条件，转子通道的逐渐打开和关闭过程中接触面的偏斜发挥重要作用。己经通过使用欧拉方程和最小模限的罗伊・FDS离散格式建立的二维CFD模型，准确地捕捉到强的不连续性，如转子通道的接触面和冲击。随着

5、源于波转子通道的动态协调，对流平移速度为R,没有离心和科里奥利加速度。当转子通道逐渐打开到高压（HP）流入口，通道的一个部分中的气流被暴露，而有些则是由壁面封闭，这可能会导致边界层分离。在我们的工作中，执行静态分析（零对流速度）和恒定非零对流速度动态分析两方面工作。（1）零对流速度表1表明转子通道的温度（a）和压力（b）没有牵连速度的转子通道的膨胀比的变化在PR=303千帕/101千帕范围内，每帧的时间间隔为0.04毫秒。所有接触间断，斜入射冲击波，和他们的反射以及折射了被精确抓获。虽然当与反射冲击波相交时接触面有小失真，反射冲击波或压缩波与接触区域的交叉点

6、是一个典型的不可逆的热力学过程，从而显著彫响气波运行性能。该分析还表明，拖尾和转子通道的前缘附近形成的分离涡对使接触而扭曲。速度的不均匀分布会引起显著动量传递，在其中较大的局部造成损失。主动和从动气流之间增大的热交换而积对热分离［13］的性能造成不利影响。TemperaturecontourPressurecontour^-0.01O0.010.020.030.040.OO1Bvpo.ooa0.0040■O.OM-O.OM-0.012Dp-0.01O0.010.020.000.0->0.05-0.01OO010.020.030.04O.0.0080.0040

7、-0.00^-o.ooe-0.012-0.01-0.01O0.010.020.03O.(M0・表1零牵连速度在P「二303/lOlkPa膨胀率在转子通道温度和压力表的演变(2)恒传导速度存在接触面倾斜的累积效应时，转子渠道逐步打开。高压端口和转子通道之间的连接区域决定流路以及冲击波的反射行为，并同间影响接触面形变。连接区域的变化率取决于相对滑动速度，或牵连速度Ve。渠道越长，累积效应越大。表2显示出膨胀比PR=303千帕/101千帕吋不同对流速度的情况下转子通道的温度轮廓。因为在整个接触面的大的温度差，故从温度轮廓可以明显发现接触面的偏移。数值计算结果表明，

8、通道宽度e和对流速度eV的小比值时接触面略微倾斜伴随