缸内喷雾强化换热的活塞式膨胀机膨胀过程分析

简介

膨胀机作为压缩空气储能系统释能环节的主要部件,其效率及运行特性对整体性能具有决定性影响。与绝热膨胀相比,等温膨胀是提高活塞式膨胀机输出性能的有效方法。利用高温水雾喷入气缸强化缸内气体换热,进而提高膨胀做功能力。为了研究喷雾换热对膨胀过程的影响,首先建立了活塞式膨胀机绝热膨胀的非线性数值模型,并通过实验结果验证了模型的准确性。其次引入水雾-空气的传热方程,建立了准等温膨胀的非线性数值模型。仿真表明:进气压力1 MPa,负载扭矩30 N·m时,准等温膨胀的缸内平均空气温度提高了56 K,输出功率降低了1.48%,效率降低了3.63%。通过压力-容积图可知,准等温膨胀提高了膨胀阶段的缸内气体压力也导致了排气阶段气体背压的增加。