涡旋膨胀机作为新型能量转换装置,具有结构简单、运行平稳和噪声低等优点,常用于小容量发电和有机朗肯循环(ORC)等领域[1 ⇓ -3 ] .但现存转换效率较低和不易加工等问题,限制了其在工业领域的广泛应用[4 ] .
目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点.
几何模型作为研究和设计的基础,是决定涡旋膨胀机性能的核心因素.传统的变截面涡旋膨胀机型线多采用圆渐开线和高次曲线的组合曲线,但存在以下问题:在选定连接点进行求解计算时,高次曲线的待定系数通常只能取前几位小数,在连接点处存在细微误差,不能很好地进行衔接;且所选连接点变更时,待定系数需重新计算,计算较为复杂.为解决以上问题,提出一种由不同基圆半径的圆渐开线组成的新型变截面涡旋膨胀机型线,并分析各项参数对容积腔的影响.该型线仅需满足基圆半径与圈数成反比的简单关系,即可快速建立一系列变截面涡旋膨胀机的几何模型.
1 变截面涡旋膨胀机的几何模型
1.1 变截面涡旋膨胀机的基线
已知圆渐开线 I 和圆渐开线 II,方程式分别如下:
(1) x ( φ ) = R 1 c o s φ + R 1 φ s i n φ y ( φ ) = R 1 s i n φ - R 1 φ c o s φ
式中:R 1 为圆渐开线 I 半径;φ 为圆渐开线展角,且φ ∈ [ 0 , φ * ] ⋃ [ φ * + 2 n 1 π , φ e n d ] , φ * n 1 为正整数,φ end 为终端圆渐开线展角.
(2) x ( φ ) = R 2 c o s φ + R 2 φ s i n φ y ( φ ) = R 2 s i n φ - R 2 φ c o s φ
式中:φ ∈ φ * - θ , φ * - θ + 2 n 2 π n 2 n 1 > n 2 R 2
(3) R 2 R 1 = n 1 n 2
如图1(a) 所示,点A 、B 、Ci 和Di (i=1,2,3)分别为圆渐开线 I 和II在φ * φ * + 2 n 2 π φ * - θ φ * - θ + 2 n 2 π θ 为φ * C i D i θ 值下的坐标点.圆渐开线II绕基圆圆心逆时针旋转角度θ ,旋转后的圆渐开线II如图1(b) 所示;将圆渐开线II从点C i D i 图1(c) 所示;根据θ 的取值不同,生成一系列基线,如图1(d) 所示.图1 中各参数取值如表1 所示.其中,θ M 为θ 的中值,h 为齿高,R or 为偏心距.
图1
图1
变截面涡旋膨胀机基线生成示意图
Fig.1
Baseline generation diagram of variable thickness scroll expander
(4) x ( φ ) = R 2 c o s φ + R 2 φ s i n φ - Δ x y ( φ ) = R 2 s i n φ - R 2 φ c o s φ - Δ y
式中:φ ∈ φ * - θ , φ * - θ + 2 n 2 π Δx 和Δy 为点C和点A(或点D和点B)的坐标差值,计算公式如下:
(5) Δ x = [ ( R 2 - R 1 ) c o s φ * + ( R 2 - R 1 ) φ * s i n φ * - R 2 θ s i n φ * ] Δ y = [ ( R 2 - R 1 ) s i n φ * - ( R 2 - R 1 ) φ * c o s φ * + R 2 θ c o s φ * ]
(6) ( θ M - Δ θ / 2 ) < θ < ( θ M + Δ θ / 2 )
式中:Δθ 为取值范围,其大小与R 1 /R 2 、φ* 和R or 的取值有关.θ M 满足
(7) θ M = R 2 - R 1 R 2 φ *
在实际工程应用中,根据不同要求,直接选取基本参数R1 、R2 、n1 、n2 、φ1 、φ2 、Ror 和θM ,仅需满足式(3)、(6)和(7),而无需计算基线方程式、内外壁曲线方程式等,因此可以有效减少建立变截面涡旋齿的计算量.
1.2 变截面涡旋膨胀机的内外壁型线
根据法向等距法[16 ] ,变截面涡旋膨胀机基线向外法向等距0.5R or ,确定静涡旋齿的内壁型线,向内法向等距0.5R or ,确定动涡旋齿的外壁型线,如图2(a) 所示.将所得的内外壁旋转180°,得到剩余的动涡旋齿内壁型线和静涡旋齿外壁型线,如图2(b) 所示.利用法向等距法生成的内壁型线比外壁型线多半圈,直接删掉即可,如图2(c) 所示.两涡旋盘基圆中心以相距R or 安装,如图2(d) 所示.
图2
图2
内外壁型线生成示意图
Fig.2
Schematic diagram of inner and outer wall profile generation
在设计涡旋膨胀机时,修正处理齿头部分,以获得更好的性能.常用修正方法有PMP加直线修正[17 ] 和PMP修正[18 ] 等,本文绘图和数据均采用PMP加直线修正法.
2 控制系数对容积腔的影响
研究θ 、φ * Ror 和n1 /n2 取值作为控制系数时其变化对容积腔的影响.计算变截面涡旋模型工作腔投影面积的主要方法为法向等距法和微积分法[19 ] .在求解组合曲线围成的工作腔投影面积时,法向等距法较为简单,且可以利用软件对其结果进行辅助验证.如借助AutoCAD或SolidWorks等软件绘制图形,利用软件的查询功能直接得到封闭区域的面积.
2.1 控制系数θ
图1(d) 中各基线的工作腔容积(V )变化如图3 所示.其中,φ0 为主轴转角.可知,θ 值的改变不会大幅度改变工作腔容积的变化趋势,但对其具体数值有所影响.吸气和膨胀阶段对性能的影响较大,而排气阶段默认为恒压排气,因此仅对吸气和膨胀阶段进行分析.
图3
图3
不同θ 值下的工作腔容积变化
Fig.3
Volume change of working chamber at different θ values
吸气完成和膨胀终了时刻的工作腔容积分别为V s 和V e .在吸气阶段,随着θ 值的增大,最终吸气容积逐渐增大.吸气完成时刻,当θ =0.75π时,V s =83.95 cm3 ;当θ =1.25π时,V s =89.58 cm3 .两者差值约为5.63 cm3 或6.71%,说明随着θ 取值的增大,V s 增幅较小.
在膨胀阶段,随着θ 值的增大,任意转角对应的工作腔容积均逐渐增大.膨胀终了时刻,当θ =0.75π时,V e =347.3 cm3 ;当θ =1.25π时,V e =378.3 cm3 .两者差值约为31.01 cm3 或8.92%,说明随着θ 值的增大,V e 增幅较小.
行程容积比为膨胀终了与吸气完成时刻的工作腔容积之比:
(8) λ = V e / V s
根据式(8),当θ =0.75π,0.85π,0.95π,π,1.05π,1.15π,1.25π时,计算得到λ =4.137,4.155,4.173,4.182,4.190,4.207,4.223.
综上所述,随着θ 值的增加,V s 、V e 和λ 的增幅较小,因此θ 可取较大值或忽略其影响.
2.2 控制系数φ *
固定表1 中其他参数不变,仅改变控制系数φ * ,生成一系列如图4 所示的基线.θ M 与φ * 有关,当φ * =1.5π,2π,2.5π,3π时,θ M =0.75π,π,1.25π,1.5π.工作腔投影面积变化如图5 所示.可知,φ * 值的改变不会大幅度改变工作腔容积的变化趋势,但对其具体数值有所影响.
图4
图4
基线变化示意图
Fig.4
Diagram of baseline change
图5
图5
不同φ * 值下的工作腔容积变化
Fig.5
Volume change of working chamber at different φ * values
吸气完成时刻,当φ * =1.5π,2π,2.5π,3π时,V s = 95.20,86.76,86.04,86.04 cm3 .V s 越小,则控制系数的优先级越高,即φ * 取值的优先级P 1 为P 2.5 π 1 ( =P 3 π 1 ) >P 1.5 π 1 P 2 π 1 .
膨胀终了时刻,当φ * =1.5π,2π,2.5π,3π时,V e =371.15,362.84,340.16,309.90 cm3 .V e 越大,则控制系数的优先级越高,即φ * 取值的优先级P 2 为P 1.5 π 2 P 2 π 2 P 2.5 π 2 P 3 π 2 .
根据式(8),当φ * =1.5π,2π,2.5π,3π时,计算得到λ =3.898,4.182,3.954,3.602.
综合考虑,当φ * =2π时,性能最优;对应的吸气腔1/2由圆渐开线 I 组成,1/2由圆渐开线II组成.此时,φ * 与φ end 存在以下关系:
(9) φ * = φ e n d - 2 ( n 1 + 1 ) π
在设计时考虑此点,有利于高行程容积比涡旋膨胀机的设计.
2.3 控制系数R o r
固定表1 中其他参数不变,仅改变控制系数R or ,基线见图1(c) 红色基线,工作腔投影面积变化如图6 所示.其中,修正角与2.1和2.2节不同,以满足修正要求.可知,任意主轴转角对应的工作腔容积均随R or 值的增大而大幅度增加,即吸气量和单位时间内的排气量大幅度提高.因此,在满足其他设计要求时,R or 尽量取较大值.
图6
图6
不同R or 值下的工作腔容积变化
Fig.6
Volume change of working chamber at different R or values
2.4 控制系数n 1 / n 2
固定表1 中其他参数不变,仅改变控制系数n 1 /n 2 , 具体取值如表2 所示. 其中,R 2 、θ M 和φ end 与n 1 有关,随之改变.工作腔投影面积变化如图7 所示.可知,吸气完成时刻,工作腔容积相同;膨胀终了时刻,工作腔容积随n 1 /n 2 值的增大而快速增加.因此,在满足其他设计要求时,n 1 /n 2 尽量取较大值.
图7
图7
不同n 1 /n 2 下的工作腔容积变化
Fig.7
Volume change of working chamber at different n 1 /n 2 values
3 几何模型对比分析
以相同的构建方法、齿头修正方法(双圆弧+直线)和表1 中的基本参数,构建传统等截面、传统变截面和新型圆渐开线变截面3种涡旋膨胀机的几何模型,对比分析其优劣.
3.1 等截面几何模型
(10) x ( φ ) = R 1 c o s φ + R 1 φ s i n φ y ( φ ) = R 1 s i n φ - R 1 φ c o s φ
(11) x ( φ ) = R 1 c o s φ + R 1 φ s i n φ + 0.5 R o r s i n φ y ( φ ) = R 1 s i n φ - R 1 φ c o s φ - 0.5 R o r c o s φ
(12) x ( φ ) = R 1 c o s φ + R 1 φ s i n φ - 0.5 R o r s i n φ y ( φ ) = R 1 s i n φ - R 1 φ c o s φ + 0.5 R o r c o s φ
由式(10)~(12)构建的等截面几何模型如图8 所示.
图8
图8
等截面模型
Fig.8
Constant thickness model
3.2 传统变截面几何模型
(13) x ( φ ) = R 1 c o s φ + R 1 φ s i n φ y ( φ ) = R 1 s i n φ - R 1 φ c o s φ
式中: φ ∈ [ 0 , φ * ] ⋃ [ φ * + 2 n 1 π , φ e n d ] .
(14) x ( φ ) = R g c o s φ + R s φ s i n φ y ( φ ) = R g s i n φ - R s φ c o s φ
式中:φ ∈ [ φ * , φ * + 2 n 2 π ] ; R g 和 R s
(15) R g = C 2 + 2 C 3 ( φ - 0.5 π ) + 3 C 4 ( φ - 0.5 π ) 2 R s = C 1 + C 2 ( φ - 0.5 π ) + C 3 ( φ - 0.5 π ) 2 + C 4 ( φ - 0.5 π ) 3
式中: C 1 ~ C 4 φ * n 1 n 2 表1 中的参数值求解待定系数,得到C 1 = 174.751 0 C 2 = - 68.750 0 C 3 = 11.936 6 C 4 = 0.506 6 .
(16) x ( φ ) = R g c o s φ + R s φ s i n φ + 0.5 R o r s i n φ y ( φ ) = R g s i n φ - R s φ c o s φ - 0.5 R o r c o s φ
(17) x ( φ ) = R g c o s φ + R s φ s i n φ - 0.5 R o r s i n φ y ( φ ) = R g s i n φ - R s φ c o s φ + 0.5 R o r c o s φ
由式(13)~(17)构建的传统变截面几何模型如图9 中的黑色曲线所示,圆渐开线变截面几何模型(θ =θ M )如红色曲线所示.
图9
图9
变截面模型
Fig.9
Variable thickness model
3.3 对比分析
涡旋齿的面积利用率(η )为涡旋齿投影面积与终端渐开角对应的圆盘面积之比,如图10(a) 所示,可表示为
(18) η = 4 S c / ( π D m i n 2 )
式中:S c 为涡旋齿投影面积;D min 为涡旋盘最小直径.η 值越小,表示涡旋齿用料越少,越经济.
图10
图10
面积利用率及几何性能对比
Fig.10
Comparison of area utilization and geometric performances
面积利用率、膨胀比和工作腔容积变化分别如图10(b) 和图10(c) 所示.从图10(b) 可知,相较于传统变截面模型,新型圆渐开线变截面模型的面积利用率略小,而膨胀比略大,因此其性能更优.此外,相较于变截面模型,等截面模型的膨胀比更小,但其面积利用率也更小,表明等截面模型用料更少,更经济.为了减少用料和涡旋盘质量以及降低驱动力,并最终提高变截面模型的性能,通常在变截面模型的变壁厚部位进行挖空处理,如图11 所示.
图11
图11
挖空处理示意图
Fig.11
Diagram of excavation
从图10(c) 可知,在一个完整的工作过程中,变截面模型所需的转角仅为等截面模型的3/4,表明变截面模型的效率更高,性能更优.此外,在容积变化方面,新型圆渐开线和传统的变截面模型上较为接近.新型模型具有传统变截面模型的优点,在一定程度上可代替传统变截面涡旋模型.
4 结论
(1) 基于圆渐开线提出一种新型变截面涡旋膨胀机型线,不但具有传统变截面型线的优点,而且能够大幅度减少建立模型的计算量.在一定程度上丰富了变截面涡旋膨胀机的种类,为开发高性能的涡旋膨胀机提供借鉴.
(2) 分析各项控制系数对变截面涡旋膨胀机工作腔容积的影响.控制系数θ 影响较小, R o r n 1 n 2 φ * φ * = φ e n d - 2 ( n 1 + 1 ) π
(3) 对比分析3类涡旋模型的工作腔容积变化、面积利用率和膨胀比.在θ =θ M 时,新型变截面涡旋膨胀机模型,面积利用率更小,膨胀比更大,因此其性能更优.
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Improvement and experimental study of scroll expander for organic Rankine cycle
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2020
... 涡旋膨胀机作为新型能量转换装置,具有结构简单、运行平稳和噪声低等优点,常用于小容量发电和有机朗肯循环(ORC)等领域[1 ⇓ -3 ] .但现存转换效率较低和不易加工等问题,限制了其在工业领域的广泛应用[4 ] . ...
An experimental study on semiconductor process chiller using the digital scroll compressor
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2014
... 涡旋膨胀机作为新型能量转换装置,具有结构简单、运行平稳和噪声低等优点,常用于小容量发电和有机朗肯循环(ORC)等领域[1 ⇓ -3 ] .但现存转换效率较低和不易加工等问题,限制了其在工业领域的广泛应用[4 ] . ...
CFD modelling of small scale ORC scroll expanders using variable wall thicknesses
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2020
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
涡旋膨胀机的性能模拟
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2018
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
涡旋膨胀机的性能模拟
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2018
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
Unsteady flow in the suction process of a scroll expander for an ORC waste heat recovery system
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2015
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
无油涡旋膨胀机性能实验研究
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2019
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
无油涡旋膨胀机性能实验研究
1
2019
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
螺杆膨胀机有机朗肯循环系统的变工况特性
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2014
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
螺杆膨胀机有机朗肯循环系统的变工况特性
1
2014
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
Comprehensive analytic solutions for the geometry of symmetric constant-wall-thickness scroll machines
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2014
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
变截面涡旋压缩机数学模型及试验研究
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2015
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
变截面涡旋压缩机数学模型及试验研究
1
2015
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
Maximizing scroll compressor displacement using generalized profile geometry
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1994
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
基于多目标遗传算法的涡旋型线形状优化
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2005
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
基于多目标遗传算法的涡旋型线形状优化
1
2005
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
Optimum design of scroll profiles created from involute of circle with variable radii by using finite element analysis
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2012
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
双涡旋齿涡旋机械渐变壁厚型线的构建
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2008
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
双涡旋齿涡旋机械渐变壁厚型线的构建
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2008
... 目前,国内外科研人员对涡旋膨胀机的研究多集中在计算流体力学(CFD)分析[5 ] 、动热力特性[6 ] 、内部流动特性[7 ] 、性能分析[8 ] 和ORC发电系统[9 ] 等方面.几何模型可分为等截面模型[10 ] 和变截面模型[11 ] 两大类.与等截面涡旋膨胀机相比,变截面涡旋膨胀机利用较少圈数即可实现高膨胀比和大排气量.其几何模型由组合型线构成,构建方法通常以圆渐开线为基础,另一曲线代替圆渐开线的中间部分,如圆渐开线、高次曲线和圆渐开线的组合以及和圆渐开线、高次曲线和圆弧的组合等.Bush等[12 ] 首先提出由圆渐开线、高次曲线和圆弧组成的变截面涡旋型线.陈进等[13 ] 提出由圆渐开线、圆弧和圆渐开线组成的变截面涡旋型线.Liu等[14 ] 首次将变半径基圆渐开线应用于涡旋型线,并对其在涡旋型线中应用的可行性进行了详细分析.王君等[15 ] 提出一种将两种不同的涡旋型线组合成新的涡旋型线的新方法,新涡旋型线兼具两者优点. ...
法向等距线法生成涡旋压缩机型线的研究
1
2004
... 根据法向等距法[16 ] ,变截面涡旋膨胀机基线向外法向等距0.5R or ,确定静涡旋齿的内壁型线,向内法向等距0.5R or ,确定动涡旋齿的外壁型线,如图2(a) 所示.将所得的内外壁旋转180°,得到剩余的动涡旋齿内壁型线和静涡旋齿外壁型线,如图2(b) 所示.利用法向等距法生成的内壁型线比外壁型线多半圈,直接删掉即可,如图2(c) 所示.两涡旋盘基圆中心以相距R or 安装,如图2(d) 所示. ...
法向等距线法生成涡旋压缩机型线的研究
1
2004
... 根据法向等距法[16 ] ,变截面涡旋膨胀机基线向外法向等距0.5R or ,确定静涡旋齿的内壁型线,向内法向等距0.5R or ,确定动涡旋齿的外壁型线,如图2(a) 所示.将所得的内外壁旋转180°,得到剩余的动涡旋齿内壁型线和静涡旋齿外壁型线,如图2(b) 所示.利用法向等距法生成的内壁型线比外壁型线多半圈,直接删掉即可,如图2(c) 所示.两涡旋盘基圆中心以相距R or 安装,如图2(d) 所示. ...
涡旋压缩机双圆弧修正的解析法设计及误差分析
1
2005
... 在设计涡旋膨胀机时,修正处理齿头部分,以获得更好的性能.常用修正方法有PMP加直线修正[17 ] 和PMP修正[18 ] 等,本文绘图和数据均采用PMP加直线修正法. ...
涡旋压缩机双圆弧修正的解析法设计及误差分析
1
2005
... 在设计涡旋膨胀机时,修正处理齿头部分,以获得更好的性能.常用修正方法有PMP加直线修正[17 ] 和PMP修正[18 ] 等,本文绘图和数据均采用PMP加直线修正法. ...
采用双圆弧加直线单元组合型线的涡旋压缩机理论及试验研究
1
2010
... 在设计涡旋膨胀机时,修正处理齿头部分,以获得更好的性能.常用修正方法有PMP加直线修正[17 ] 和PMP修正[18 ] 等,本文绘图和数据均采用PMP加直线修正法. ...
采用双圆弧加直线单元组合型线的涡旋压缩机理论及试验研究
1
2010
... 在设计涡旋膨胀机时,修正处理齿头部分,以获得更好的性能.常用修正方法有PMP加直线修正[17 ] 和PMP修正[18 ] 等,本文绘图和数据均采用PMP加直线修正法. ...
基于Frenet标架的变截面涡旋型线构建与性能研究
1
2019
... 研究θ 、 φ * Ror 和n1 /n2 取值作为控制系数时其变化对容积腔的影响.计算变截面涡旋模型工作腔投影面积的主要方法为法向等距法和微积分法[19 ] .在求解组合曲线围成的工作腔投影面积时,法向等距法较为简单,且可以利用软件对其结果进行辅助验证.如借助AutoCAD或SolidWorks等软件绘制图形,利用软件的查询功能直接得到封闭区域的面积. ...
基于Frenet标架的变截面涡旋型线构建与性能研究
1
2019
... 研究θ 、 φ * Ror 和n1 /n2 取值作为控制系数时其变化对容积腔的影响.计算变截面涡旋模型工作腔投影面积的主要方法为法向等距法和微积分法[19 ] .在求解组合曲线围成的工作腔投影面积时,法向等距法较为简单,且可以利用软件对其结果进行辅助验证.如借助AutoCAD或SolidWorks等软件绘制图形,利用软件的查询功能直接得到封闭区域的面积. ...
