同步自转型CO2涡旋膨胀机跨临界膨胀气液相变延迟特性及流动控制机理研究
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51906015
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:27.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0602.内流流体力学
- 结题年份:2022
- 批准年份:2019
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2020-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:--
- 关键词:
项目摘要
Recovery of throttle expansion energy by scroll expander is an important way to improve the performance of transcritical CO2 heat pump and refrigeration cycle. However, the delayed gas-liquid phase transition in the process of CO2 transcritical phase change expansion will lead to a significant decrease in the expander performance and the cycle efficiency. By means of numerical simulations and experiments, this project will study the gas-liquid phase transition delay characteristics and the energy-work conversion mechanism of the transcritical expansion of CO2 scroll expander. This project will study the cavitation mechanism of the opposite suction vortex and the induction mechanism of gas-liquid phase transition in CO2 scroll expander, and study the variation law of gas-liquid phase transition delay characteristics based on the control of opposite suction vortex. The flow control method of the gas-liquid phase transition delay in CO2 transcritical expansion will be summarized and put forward. Through the implementation of this project, we can deeply reveal the correlation mechanism between the energy-energy conversion efficiency and the gas-liquid phase transition delay in the process of transcritical phase change expansion of CO2 scroll expander, and clarify the induction mechanism of the suction cyclone cavitation of CO2 scroll expander to the nucleation and gas-liquid phase change of the transcritical expansion bubble. The research results will provide theoretical support for weakening the gas-liquid phase transition delay of CO2 transcritical expansion, reducing the loss of phase transition delay, and improving the power conversion efficiency of CO2 scroll expander.
利用涡旋膨胀机回收节流膨胀功是提升跨临界CO2热泵与制冷循环性能的重要途径。然而,CO2跨临界相变膨胀过程中发生的气液相变延迟会导致膨胀机性能以及循环效率大幅下降。针对同步自转型涡旋膨胀机,本项目通过数值模拟与试验手段,研究CO2涡旋膨胀机跨临界膨胀气液相变延迟特性与能功转换机理;研究CO2涡旋膨胀机对置吸气旋涡空化以及气液相变诱导机理;研究基于对置吸气旋涡控制的气液相变延迟特性变化规律;在此基础上,总结并提出CO2跨临界膨胀气液相变延迟的流动控制方法。通过实施本项目,可以深入揭示CO2涡旋膨胀机跨临界相变膨胀过程的能功转换效率与气液相变延迟的关联机理,并阐明CO2涡旋膨胀机吸气旋涡空化对CO2跨临界膨胀气泡核化与气液相变的诱导作用机制。研究结果将为弱化CO2跨临界膨胀气液相变延迟、减小相变延迟损失,进而改善CO2涡旋膨胀机能功转换效率提供理论支撑。
结项摘要
利用涡旋膨胀机回收节流膨胀功能够有效提升跨临界二氧化碳热泵与制冷循环性能。然而,CO2跨临界相变膨胀过程中发生的气液相变延迟会导致膨胀机性能以及循环效率下降。针对CO2热泵循环涡旋膨胀机跨临界变相膨胀过程中发生的气液相变延迟问题,本项目结合数值模拟与试验方法,围绕跨临界相变膨胀流动特性、气液相变延迟机理以及流动控制方法等三个方面内容展开研究。基于本项目发展的CO2涡旋膨胀机跨临界相变膨胀VOF多相流非定常数值模拟方法,揭示了CO2涡旋膨胀机跨临界气液相变膨胀流动特征;结合熵产理论+Omega涡识别方法,阐释了CO2涡旋膨胀机跨临界气液相变膨胀流动的不可逆损失机理;在此基础上,探讨了吸气旋涡空化对跨临界膨胀气液相变的诱导作用机制,并获得了吸气结构对吸气湍流拟序旋涡及流动损失的影响规律,提出了基于吸气旋涡导流调控的流动增效控制方法。上述研究结果为弱化CO2跨临界膨胀气液相变延迟、减小相变延迟损失,改善CO2涡旋膨胀机能功转换效率提供了理论支撑。依托本项目,发表相关标注国际顶级期刊论文4篇,国际重要期刊论文1篇,授权/公开国家发明专利3项,培养博士研究生2人,硕士研究生4人,相关研究持续获批国家自然科学基金面上项目1项。
项目成果
期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Mixed convection heat transfer of supercritical pressure R1234yf in horizontal flow: Comparison study as alternative to R134a in organic Rankine cycles
水平流中超临界压力 R1234yf 的混合对流换热:有机朗肯循环中替代 R134a 的比较研究
- DOI:10.1016/j.energy.2020.118061
- 发表时间:2020-08
- 期刊:Energy
- 影响因子:9
- 作者:Tian Ran;Xu Yunting;Shi Lin;Song Panpan;Wei Mingshan
- 通讯作者:Wei Mingshan
An improved operation strategy for CCHP system based on high-speed railways station case study
基于高铁车站案例的CCHP系统改进运行策略
- DOI:10.1016/j.enconman.2020.112936
- 发表时间:2020-07-15
- 期刊:ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT
- 影响因子:10.4
- 作者:Li, Yaohong;Tian, Ran;Yang, Bin
- 通讯作者:Yang, Bin
Performance evaluation of a solar transcritical carbon dioxide Rankine cycle integrated with compressed air energy storage
与压缩空气储能集成的太阳能跨临界二氧化碳朗肯循环的性能评估
- DOI:10.1016/j.enconman.2020.112931
- 发表时间:2020-07
- 期刊:Energy Conversion and Management
- 影响因子:10.4
- 作者:Meng Jia;Wei Mingshan;Song Panpan;Tian Ran;Hao Ling;Zheng Siyu
- 通讯作者:Zheng Siyu
Thermodynamics and flow unsteadiness analysis of trans-critical CO2 in a scroll compressor for mobile heat pump air-conditioning system
移动热泵空调系统涡旋压缩机跨临界CO2热力学及流动不稳定性分析
- DOI:10.1016/j.applthermaleng.2020.115368
- 发表时间:2020-07-05
- 期刊:APPLIED THERMAL ENGINEERING
- 影响因子:6.4
- 作者:Zheng, Siyu;Wei, Mingshan;Tian, Ran
- 通讯作者:Tian, Ran
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其他文献
以R245fa为工质的余热回收系统的试验研究
- DOI:--
- 发表时间:2014
- 期刊:农业机械学报
- 影响因子:--
- 作者:魏名山;史磊;宋盼盼;王芳君;马朝臣
- 通讯作者:马朝臣
以R245fa为工质的重型柴油机余热回收系统的模拟与试验研究
- DOI:--
- 发表时间:2013
- 期刊:中国科技论文在线
- 影响因子:--
- 作者:魏名山;史磊;宋盼盼;王芳君;马朝臣
- 通讯作者:马朝臣
有机朗肯循环系统蒸发器的数值模拟与分析
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:华北电力大学学报
- 影响因子:--
- 作者:王芳君;魏名山;史磊;宋盼盼
- 通讯作者:宋盼盼
激光辅助切削氮化硅陶瓷的温度场仿真及参数研究
- DOI:--
- 发表时间:2019
- 期刊:应用激光
- 影响因子:--
- 作者:宋盼盼;赵玉刚;蒲业壮;赵传营;周海安
- 通讯作者:周海安
基于神经网络遗传算法的磁粒研磨TC4材料工艺参数优化
- DOI:10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.02.040
- 发表时间:2020
- 期刊:表面技术
- 影响因子:--
- 作者:赵传营;赵玉刚;刘宁;宋盼盼;高跃武;张勇;刘广新
- 通讯作者:刘广新
其他文献
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