压缩机数值分析课件3活塞压缩机热力模拟.ppt

压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 2 6容积方程 12b 容积式压缩机内吸气 压缩 排气与膨胀过程都是由工作腔 气缸容积的变化引起的 这反映在数学模型的能量方程中就是包含了容积对转角的导数项 所以需要工作腔容积的变化率作为能量微分方程的补充方程 质量微分方程可以解出工作腔内工质质量的变化 要计算工作腔工质的比容就需要工作腔的容积 因此需要气缸容积方程作为补充方程 曲柄连杆往复活塞压缩机活塞的瞬时位移取决于其连杆长度 曲柄半径和压缩机的瞬时转角 令 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 15 工作容积变化率 16 式中S d V0分别为活塞行程 气缸直径与余隙容积 则根据活塞位移的瞬时公式有气缸工作容积 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 2 7气体状态方程 在能量方程及传热流动的求解过程还需要其他状态参数 以及的偏导数 这就需要引入表示工质性质的状态方程 给出初值能量微分方程 质量 与简单容积方程 由 这时求取控制容积压力就需要以温度与比容为参数的状态方程 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 1 对于理想气体 是定值 一般的空气压缩机 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 2 R K方程的常数半经验气体状态方程 适用于非极性及轻微极性气体及部分极性气体 N2 H2 O2 CO2 CH4 CO NO2等 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 3 Martin Hou方程 方程可用于烃类 各类制冷剂 极性和非极性气体 忽略方程第六项 可得由温度 比容计算压力的方程为 R气体常数 Tc临界温度 Ai Bi Ci b0为常系数 见吴业正 压缩机模拟 J 100 换算系数 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 适用于气态 液态和气液两相区 在170K 455K温度范围 70Mpa以下的压力范围内有很高的精度 适用于氟利昂类 烃类 混合工质 自由能方法表示的状态方程以无量纲的形式给出 其中为比自由能 R为气体常数 工质自由能的无量纲形式被分成了两部分 理想工质部分 实际工质与理想工质的差别部分即余自由能部分 式中变量为对比温度 为对比密度 其中为临界点的温度和密度 4 自由能法 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 理想工质的无量纲自由能可以写成 函数与理想工质的比热有关 这里可以采用不同的表达式 对应于理想气体状态方程 常数和决定了焓和熵的大小 把该公式应用于R134a得到如下的表达式 无量纲余自由能可以写成下式 得到自由能偏导数的表达式后 即可推导出各物理量的表达式 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 2 8气缸内的热交换 由于温度的不同 活塞压缩机气缸内工质与气缸壁面 活塞表面 缸头表面有着热交换 吸气过程气缸向工质的传热会提高工质的T 减小工质的密度 从而降低Q和 v 膨胀过程气缸向工质的热交换会降低m 降低 v Q和 v 压缩过程前期气缸向工质传热 后期工质向气缸传热 影响气缸内P 和压缩机Ni 工质与气缸的热交换 由于温度相对低 辐射换热较小 主要是对流换热 气缸壁面微元向工质的传热量可以表示为 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 假设气缸壁面 活塞表面 缸头表面温度可以用平均温度表示且三处一致 则 其中与以及气缸体散热条件有关 可以通过实验测量确定 也可以通过压缩机整体的温度模拟确定 内燃机传热研究给出了很多气缸内对流换热系数计算公式 第一类其中由温度 压力及活塞平均速度直接表达 比如 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 当量直径 直接以制冷压缩机为研究对象的计算公式是Adair1972CTC发表的论文 更多的是根据相似理论整理实验数据 用的相互关系表示换热系数 第二类 气体热传导系数 D 气缸直径 S瞬时转角时的活塞位移 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 特征速度 高转速n 低压比 压缩高密度气体时可忽略传热影响 传热对制冷量的影响大于通过压缩过程对Ni的影响 雷诺准则数 普朗特则数 v 瞬时比容 气体动力粘度 1 Fagatti F 1998ICECP pp871 876 较新的研究结果 2 ShivaPrasad B G pp857 863 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 2 9泄漏量的计算 能量方程中的除包括通过吸气阀 排气阀的吸气 排气流动外 还包括控制容积内的高压气体 工质及油通过活塞与气缸之间的间隙 活塞环 填料 吸气阀也排气阀不严密的泄漏 先研究常用计算泄漏流动的理论模型 在讨论它们的应用 2 9 1喷嘴模型 喷嘴模型就是处于高压滞止状态P0 T0的气体等熵膨胀到低背压P2 这时的质量流量 P0 T0 P2 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 喷嘴模型考虑了气体的的1 可压缩性及2 可能出现的节流效应 可用于流动截面特征长度与流动长度之比不大的情况 如通过一个孔板的流动 因为孔板L D之比不大 孔板的截面积为A 但由于流动的收缩效应 主流的有效流动面积可用流量系数表示 A D L Ae P1 T1 P2 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 如假设流动减速过程能量完全损失 并忽略管道中孔板前后的速度 则通过孔板的流量 正常的气阀气密性较好 关闭时 没有泄漏 如果密封不好 且已知缝隙面积为A 通过气阀的泄漏流量可用上式计算 P0是上流高压 P2是下流低压 对于通过活塞环切口的泄漏也可用上式计算 A为切口截面积 流量系数 可取0 6 0 7对于采用迷宫密封的活塞 通过单个密封齿的流量也可用上式计算 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 2 9 2无限宽平行板之间或同心环间隙内的一维不可压缩粘性层流 Poiseuilleflow couetleflow P1 P2 L L U velocitydistribution ForPoiseuilleflowbypressuredifference ForCouetteflowduotothemotionofwall 郁永章教材公式 9 1 其实就是环形间隙不可压缩层流 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 冰箱用活塞压缩机 没有活塞环 如果活塞与气缸间的间隙被油膜完全密封 即只有油的泄漏 没有气体工质的泄漏 油的泄漏量可用上式计算 1 Directleakageandindirectleakageofrefrigerant directleakage greatereffectonperformance indirectleakage oilseal refrigerantdissolveinoil solubilityvaries 2 Volumeeffectandheateffectofleakage oiltemperatureaffectsperformancethroughleakageandwallheattransfer 制冷压缩机中 制冷剂一般溶解与润滑油 高压时溶解度大 低压时溶解度小 溶有制冷剂的油 油与制冷剂混合物从高压泄漏到低压腔时 制冷剂会从油中会发出来 这叫间接泄漏 制冷剂的挥发使溶解度又S1下降到S2 由此引起的制冷剂间接泄漏量为 someconceptsaboutleakage 余下的液态油与制冷剂混合物有 压缩机与制冷系统数值分析 第二章往复活塞压缩机热力过程数值模拟 如果润滑油不能很好地密