常规工质两相流体快速降压膨胀作功的机理研究

我国制冷、空调设备的节能研究已经是涉及国家重大战略需求的关键科学问题。发达国家在开发用于常规制冷循环的大膨胀比膨胀机代替节流阀方面的研究工作取得了长足的进展。在大膨胀比两相流膨胀机的研究中如何提高两相流体回收功效率，解决润滑油的问题是研究难点。本项目是以解决大膨胀比两相流膨胀机膨胀相变过程的基本问题为研究目的，针对两相流体膨胀功回收装置设计的难点，分析两相流非平衡亚稳态下的膨胀过程，探讨相变过程相变滞后的产生机理和膨胀功的输出特性，研究气泡汽化核心成核机理和表面功情况；同时根据润滑油在装置中的作用，对润滑油特性以及流体工质与润滑油的混合物性进行研究，揭示流体中润滑油的流动状态，解决膨胀机中关键问题如润滑油的提供方式及其对膨胀过程和稳定性的影响。基于大膨胀比，本项目提出新型结构的膨胀机，确保设计高效率膨胀功回收装置。

我国制冷、空调设备的节能研究已经是涉及国家重大战略需求的关键科学问题。在开发用于常规制冷循环的大膨胀比膨胀机代替节流阀的研究中，如何提高两相流体回收功效率、解决润滑油的问题是研究难点。本研究课题主要设计研究了常规工质膨胀机及其膨胀相变机理。设计了膨胀机形式，加工了膨胀机样机，并进行了相关测试。建立了膨胀机模型以及工质膨胀过程模型，对膨胀过程中不可逆损失的变化情况进行了模拟分析，分析了形成不可逆损失的原因，提出了相关改进措施。分析了润滑油及流体与润滑油混合物的物性。进行了相变过程中相关机理的探索研究，分析了相变滞后产生的机理，并由此探究了促进膨胀机相变过程进行的措施。基本完成了课题预期研究成果。.　　对常规工质膨胀机进行了选型及设计计算，确定了双转子单级膨胀的膨胀机形式，以解决常规工质膨胀比较大的情况，根据膨胀机设计工况及转子式膨胀机结构参数之间的几何关系确定了膨胀机的基本尺寸。对膨胀机进行的模拟计算结果表明，膨胀机在进口压力为1.6MPa，转速变化范围为400-1500rpm时，膨胀机理论能量回收率在73.1%-75%之间。对设计加工的膨胀机进行了测试，其结果表明，在气液两相进口条件下，膨胀机运转平稳，并输出一定的膨胀功。在进口干度约0.7时膨胀机回收功达到约1200W。膨胀机效率随气液比例变化显著，进口液态工质流量较大时膨胀机效率较低，而当膨胀机进口气态工质流量较大时膨胀机效率较高，而且回收的膨胀功较多。 .　　润滑油的存在，使得膨胀机各运动部件的摩擦系数有效减小，可大大减小膨胀机的摩擦损失，同时也使得膨胀流体的物性受到一定影响。根据模拟计算结果，润滑油含量在3%时，膨胀流体主要物性参数在5.1%范围内发生变化，认为影响不大。为此设计了膨胀机的润滑油系统，采取轴流供油方式实现膨胀机的润滑。.　 而对膨胀相变机理的探索研究方面，当膨胀机迅速压降时，由于传热和相变的滞后，液体会进入过热状态，即所有空间的液体都进入沸腾的准备阶段。当过热度达到一定值，由于液体内部的涨落，会均匀出现大量汽化核心，进而工质液体会迅速沸腾。该准备阶段即为相变延迟过程，溶液中若混有微量不溶气体或杂质颗粒，理论上来说将对系统造成一定扰动，可以减小液体相变的延迟时间、较容易实现相变膨胀做功。