利用能量方程、状态方程、运动方程和质量流量方程,建立新型排气余压利用系统气缸回程过程的基本数学模型。选取合适的基准值将数学模型无因次化,运用MATLAB/Simulink对无因次模型进行仿真,得到各无因次参数对排气回收效率的影响。仿真结果表明,排气回收效率主要由无因次固有周期、无因次进气口有效面积、切换判据及气缸无因次供气压力决定。当切换判据或气缸无因次供气压力增加而排气回收效率下降时,可以通过改变无因次进气口有效面积、无因次固有周期使其增加。对确定的气缸驱动系统,可以通过改变气罐体积来提高排气回收效率。

通过工控机的数据采集系统,结合传感器技术、信号处理技术等,搭建设备建立气体压力、流量等参数的在线测量系统,实现对测控系统的调节和控制。首先,分别采集柔性夹爪在收缩和扩张时不同初始压力下的压力与流量;然后,通过SigmaPlot绘出柔性夹爪压力流量图,并对柔性夹爪流量压力输出特性进行分析;最后,计算其气动功率,研究能耗规律。结果表明对柔性夹爪进行收缩实验时,给定的初始压力与柔性夹爪产生的压力相差不大,气动功率损耗较小;对柔性夹爪进行扩张实验时,提供的初始压力通过真空发生器间接作用在柔性夹爪上,与柔性夹爪产生的压力相差较大,柔性夹爪达到规定压力时需要提供更大的初始压力;柔性夹爪收缩时比扩张时的气动功率损耗低。

气动系统中最重要的执行元件——气缸,在工业中得到了广泛的应用,对气缸排气实行回收是节能的一种有效方法。基于当前的研究现状发现采用气罐回收的方式研究相对成熟,可节约近50%的气体,但对速度影响较大;使用能量转化装置回收排气的方法对速度影响较小,回收效率不高;而阀类元件和气缸组合的方式回收效率高、成本较低、适用范围广,可节约50%~85%的气体。当前的发展方向是使用阀类元件和气缸组合的方式控制排气实现回收。

利用ICEM CFD创建相变蓄热水箱物理模型并进行网格化,基于Fluent特有的Solidification/Melting模型,仿真一种基于球型封装的相变储热水箱在初始温度35℃、入口流速0.11 m/s、入口温度98℃工况下的蓄热过程,得到了相变储热过程中的温度与液相率曲线,研究3种不同物理模型的储热性能并分析了相变过程中的储热形式,得出了在同等储热量下,具有3种不同大小(直径分别为50、65和80 mm)蓄能球的水箱储热时间分别为2220、2750、3540 s。具有50和65 mm相变储热球的水箱比具有80 mm储热球的水箱整体储热时间分别减少1320和790 s,整体模型的储热效率分别提升了37%和22%。因此在实际应用过程中,合理选择蓄能球直径可有效提升蓄热效率。

以某涡轮式膨胀机为研究对象,开展影响其性能设计参数的研究。以输出功率、旋转扭矩为性能目标,采用正交设计方法,设计了16组方案,基于Fluent研究了转速等设计参数对涡轮式膨胀机输出性能、内部流场的影响,并借助SPSS(Statistical Product and Service Solutions)对仿真结果进行极差分析。结果表明:压力0.8 MPa、温度270 K、转速3000 r/min时,输出功率最大,约为8.76 kW;压力0.8 MPa、温度300 K、转速1500 r/min时,旋转扭矩最大,约为40.63 N·m。为使性能目标同时达到最优,基于多目标优化设计,在合理的范围内择优选取,选定压力0.8 MPa、转速2250 r/min、温度285 K为最佳方案组合,并通过涡轮式膨胀机测试平台完成实验验证。

为了研究压缩空气小型发电系统的性能,首先搭建试验平台并对系统各部分建立数学模型,其次基于试验平台和MATLAB/Simulink软件对系统进行试验验证和仿真研究,验证了仿真模型的合理性。进而获得不同进气压力和转速工况下发电系统的输出功率和效率特性。结果表明:该系统的输出功率随着进气压力的增加而增加,当系统进气压力为0.7 MPa,膨胀机输出转速为3000 r/min时,随着输出电压的增大,系统的输出功率先增加后趋于稳定,最大输出功率可达5.98 kW;不同的输出

活塞式膨胀机在压缩空气储能领域具有广泛的应用,但是效率低,很大程度上限制了其发展。为改善活塞式膨胀机的工作性能,通过MATLAB建立活塞式膨胀机的仿真模型,通过实验方法验证仿真模型的准确性,以输出功率和效率作为性能指标对活塞式膨胀机进行研究,分析了进气压力、间隙容积、进气持续角对膨胀机输出特性的影响。结果表明:在恒定工况下,随着进气压力的增大,膨胀机的输出功率增大,但效率降低;在稳定的进气压力下,膨胀机存在最优间隙容积与进

为了研究压缩过程与喷雾换热过程的耦合关系,首先对喷雾换热等温压缩空气系统数学模型进行建立;其次通过实验数据验证了模型的准确性;最后研究了喷雾启闭时刻对系统总效率的影响,同时分析了不同压缩比和活塞速度与喷雾关闭时刻的关系。研究结果表明:给定0.12 m的气缸行程,当压缩比为2,活塞速度为0.1 m/s时,在下止点开启喷雾,0.3 s后关闭,系统总效率最优为87.73%,相对于压缩过程一直喷雾情况下的效率提高了7.63%。当活塞速度为0.15 m/s时,压缩比从2增大为

为有效缓解能源危机以及环境污染,压缩空气动力发动机（气动发动机）已被广泛研究。设计一种单缸气动发动机,作为有效完成气动发动机性能优化研究的基础,建立气动发动机正常工作过程的基本数学模型。为验证这一基本数学模型,通过计算机实现缸内压力值变化的仿真以及相应的验证实验,实验结果与计算机仿真结果相吻合,从而证明建立的数学模型是正确的。由于一些不可忽略的实验条件因素,实验中输出扭矩结果与仿真结果存在恒定误差,导致此恒定误差的条件因素被深入分析。研究对单缸气动发动机的设计与结构优化有参考意义。

随着环境问题的日益严重，气动发动机作为一种清洁能源的动力装置而逐渐被人们所关注。然而，能量利用效率低和输出功率低已经严重影响了气动发动机的发展。分析了气动发动机工作过程中的能量损失，并在此基础上提出了一种多气阀的新型气动发动机机构。建立了气动发动机工作过程数学模型。为了验证模型的准确性，搭建实验平台对气动发动机进行实验研究。通过误差与进气压力和曲轴转速之间的关系对所建立的模型进行修正，得到精确的气动发动机工作过程的数学模型。在此模型的基础上得到多气阀气动发动机的扭矩和能量利用效率特性。结果显示，在同样的结构参数下，进气压力为2MPa时，相比单进气和排气的气动发动机机构，多气阀气动发动机气输出扭矩提高了26．2-41．9N·m，能量效率提高了8％～10％。