过程装备及控制工程毕业设计外文翻译(中文)

1、英文翻译翻译1：2013年美国机械工程师学会国际机械工程大会暨展览会论文集IMECE2013美国，加利福尼亚州，圣迭戈，2013年，11月15日至21日IMECE2013-63449接触面的倾斜对波转子制冷机和机械增压器性能的影响摘要作为新一代的旋转气波机，波转子机例如波转子制冷剂（WRR）和波转子增压器（WRS）是非定常流动的设备。在他们运转过程中两股气流（不同的压力，甚至不同阶段）进入直接接触，借由冲击波和膨胀波的运动进行能量交换。详细的研究表明，当转子通道逐步开放至高压端口，转子通道处的接触面不可避免地倾斜，伴随着反射波。这会对WRR的制冷性能或WRS的增压性能产生非常大的能量耗散和影响

2、。在这项工作中，对离心力、科里奥利力、渐进通道开放和渐进的通道关闭，等影响气波流通和冲击波和接触面的倾斜的因素，通过流体力学计算和实验，进行了研究。接触面的倾斜造成速度和大量的局部损失分布不均匀。旋转马赫数小于0.3，接触面的倾斜可以缓解。为了减少对于转动马赫数的不利影响，较小的转子通道宽度或更高的旋转速度是必要的。旋转效应对于气体偏斜的不连续性起着重要作用。罗斯贝数为1.33.5时，两波转子的离心力和科里奥利力不能被忽略。为了减小接触面的偏斜损失，低级转速似乎必要的。波转子的旋转速度对冲击波和接触面的偏斜具有辩证的影响。高压口的喷射宽度为转子通道逐步开放的关键因素。减少气体波倾斜损失一个可行

3、方法是，优化高压口宽度和通道宽度的比率。验证实验已经获悉对于WRRs，熵效率至少提有35的升。简介用于制冷和增压1-2的波转子技术是一种基于非定常流理论即具有不同压力或不同阶段的气体流可借由冲击波和膨胀波的运动进行交换能量3-8的新技术。有用于不同目的的两个典型波转子机：波转子制冷器（WRR），如图1所示，和波转子增压器（WRS）。WRRs通常用于高压天然气的膨胀制冷，用于R718蒸汽压缩致冷系统的话能有效地减小R718压缩机的压力比。这两种波转子装置都是在大连理工大学 9 的实验室开发的。然而波转子制冷机脉冲管的非定常流数值分析已经被广泛进行10-12，更详细的分析接触面倾斜对WRR的转子通

4、道的影响已经被证实，尤其是对于伴有复杂偶然非平衡热力学现象的冷凝波转子。图1 原始波转子制冷机和实验装置这项研究提出了通过利用流体动力学计算分析和实验的手段对通道接触面的弯曲原因和影响进行研究。转子通道接触面的扭曲的原因转子通道1逐步开放过程。无论怎样的旋转的条件，转子通道的逐渐打开和关闭过程中接触面的偏斜发挥重要作用。已经通过使用欧拉方程和最小模限的罗伊-FDS离散格式建立的二维CFD模型，准确地捕捉到强的不连续性，如转子通道的接触面和冲击。随着源于波转子通道的动态协调，对流平移速度为R，没有离心和科里奥利加速度。当转子通道逐渐打开到高压（HP）流入口，通道的一个部分中的气流被暴露，而有些则

5、是由壁面封闭，这可能会导致边界层分离。在我们的工作中，执行静态分析（零对流速度）和恒定非零对流速度动态分析两方面工作。(1) 零对流速度表1表明转子通道的温度（a）和压力（b）没有牵连速度的转子通道的膨胀比的变化在PR =303千帕/ 101千帕范围内，每帧的时间间隔为0.04毫秒。所有接触间断，斜入射冲击波，和他们的反射以及折射了被精确抓获。虽然当与反射冲击波相交时接触面有小失真，反射冲击波或压缩波与接触区域的交叉点是一个典型的不可逆的热力学过程，从而显著影响气波运行性能。该分析还表明，拖尾和转子通道的前缘附近形成的分离涡对使接触面扭曲。速度的不均匀分布会引起显著动量传递，在其中较大的局部造

6、成损失。主动和从动气流之间增大的热交换面积对热分离13的性能造成不利影响。表1零牵连速度在Pr = 303 / 101kPa膨胀率在转子通道温度和压力表的演变(2) 恒传导速度存在接触面倾斜的累积效应时，转子渠道逐步打开。高压端口和转子通道之间的连接区域决定流路以及冲击波的反射行为，并同间影响接触面形变。连接区域的变化率取决于相对滑动速度，或牵连速度VE。渠道越长，累积效应越大。表2显示出膨胀比PR =303千帕/ 101千帕时不同对流速度的情况下转子通道的温度轮廓。因为在整个接触面的大的温度差，故从温度轮廓可以明显发现接触面的偏移。数值计算结果表明，通道宽度e和对流速度eV的小比值时接触面略

7、微倾斜伴随着。旋转马赫数M定义渠道的逐步放开的无量纲时间：M0=eVela=120aenldi+d0(1)其中a是停滞声速。在具体的结构参数和边界条件下，接触面的偏移取决于转动马赫数：对于转动马赫数低于0.3的情况下，接触面和反射冲击波的相互作用变弱，并在同一时间，接触面的偏移被减轻14。表2 温度轮廓在Pr =303千帕/ 101千帕的膨胀比以恒定的对流速度的转子通道(3) 离心力或科里奥利力如图2所示，具有移动下转动通道的坐标系，坐标的非惯性系统被建立。相对速度和加速度都是在x方向。当在以恒定角速度Ve=r旋转时，对流加速度ae=-122r2=-2r。在n方向。科里奥利加速度Ca为零。因此

8、，可以建立热理想气体的速度循环输运方程：dcdt=fdl-pdl-aedl-2Vrdl(2)根据亥姆霍兹定理，得出速度循环和涡流强度的对应关系。有两个主要原因导致转子通道的涡流的产生：图2 加速和转子渠道控制音量的速度矢量除了等熵，绝热，等容，或多变过程中，可压缩气体不是正压。比体积的梯度与压力不一致，pdl0。在无气浪的区域，都不可避免地产生旋涡斜压。科里奥利力产生涡流，Vrdl0。罗斯贝数被引入描述科里奥利力的影响：R0=VrVrVr=r2l0r=rl0(3)其中，10是转子通道的长度。当科里奥利力比惯性力小得多时，旋转作用可以忽略。表3所示为l0=200mm时在不同的初始压力比下罗斯贝数

9、的一些结果。科里奥利力相当于惯性力，故旋转效果是接触面的偏斜的一个重要原因。图3示出压力和温度在0.6ms 303千帕/ 101千帕的压力比下的3维轮廓。不同于2D的结果，存在接触面附近的压力梯度，因此，旋转效果不能被忽略。表3 在不同的压力比下200mm转子通道长度的罗斯贝数压力变化对接触面的稳定性产生不利影响。当转子通道以恒定角速度旋转时，压力平衡了在切线方向的科里奥利力。压力从前缘到转子通道的后缘逐渐减小。它遵循的相对速度在旋转方向不均匀地分布。图4 HP端口宽度制冷增压性能实验结果图3 转子通道压力（a）和温度（b）的三维轮廓解决接触面倾斜的不良影响由于通道的逐渐开放和旋转效应的累积效

10、应，接触面的偏斜不可避免地发生。为了消除逐渐开放效果，高的旋转速度是可行的，其中，然而，可能会引起较大的科里奥利力。考虑到小转动马赫数和大罗斯贝数是提高高压端口和信道宽度的宽度比的一种可行的技术方案。高压端口的宽度对波转子设备的性能有重要影响。除了影响接触面和冲击波的倾斜，高压端口具有最高的压力，很容易出现渗漏。图4示出了一些实验结果（图1示出实验装置，详细描述可以在参考文献15），分别以2.0，3.0和4.0的膨胀比，用于（10,16和22毫米）的不同宽度的高压端口。增压效率和制冷效率峰值温度都下降。此外，随着高压口的宽度增加，这两个增压和膨胀效率增大。这验证了高罗斯贝数和低旋转马赫数要求从

11、计算流体力学分析。通过增加高压端口的宽度，我们已经将制冷效率提高约5，在DUT实验室达到约70。总结在目前的研究中，具体讨论了波转子接触面扭曲的产生和影响建议像WRRs和WRSs一样呈现。转子通道的接触面不可避免地偏斜，由于可压缩气流的斜压性质。对于旋转马赫数低于0.3或罗斯贝数比单元更大的情况下，接触面的倾斜可以得到缓解。不幸的是，容易满足两个要求的转子通道的最佳旋转速度尚未找到。为缓解气浪的倾斜损失的可行办法是提高HP口宽度与通道宽度之间的比例。验证实验已经得到WRRs的等熵效率至少有35的增长。致谢目前这个工作是由中国项目（51106017），国家自然科学基金和国家高技术研究中国的发展计

12、划（2006AA05Z216）资助。翻译2：波转子制冷机的热力学性能作为一种新型的旋转热分离器，波转子制冷器（WRR）是用于制冷的非定常流动装置，其通道由于压力波的运动，压力流直接接触并且交换能量。在这项工作中，对WRR的工作程序和波形图进行彻底调查。在此基础上，一个新型WRR的热力学分析模型已经建立，并通过实验验证。这种性能考核模型显示膨胀和压缩过程中的主要贡献因素。WRR制冷系统特定的分析表明，膨胀效率可以被过高压的缩效率造成不利影响，这意味着应侧重波转子增压或制冷。关键词：波转子，波形图，热力学分析，膨胀制冷。1. 绪论图1 四端口波转子制冷机示意图波转子制冷机（WRR），如图1所示，是

13、一种非定常流设备，其中两种不同的流体通过通道中产生的气波运动直接交换压力能。WRRs具有小尺寸，固定的喷嘴，没有接收管，优良的流体操作和抗振性能等优点。在高压力比饱和气体的工况下，WRRs将前瞻性地取代已经在天然气工厂应用多年的传统旋转热分离器（RTSs）。虽然波转子通道内流动行为的数值模拟和实验分析已经被广泛进行1-7，但少有详细和完整的热力学分析被记录在案。这项研究提出了从热力学分析和实验评估方面对用于制冷的波转子技术的详细研究。2.波形图和WRRs的制冷循环图2 RFWRR的波形图和一个可逆流动制冷循环图3 RFWRR的（a）p-h图和（b）T-s图当波转子被整合到一个制冷循环，如图2（

14、a），高压气体（流3）从压缩机冷却器（Col-1）充入转子通道，压缩循环气体（或驱动气体，流5）从WRR的低压（LP）端口排出，具有高压的压缩驱动气体（流4）从高温（HT）端口排出，而膨胀的驱动气体（流6）射流从低温（LT）端口排出。发生在WRR中每个转子转动的主要过程几乎是相同的。图2（b）显示出了在一个循环的通道向上运动的过程中可逆流动WRR（WRR）的波形图。RFWRR利用主冲击波来压缩循环气体的方法如下：随着信道逐渐打开到高压（HP）端口，冲击波后面的接触面被触发，从HP端口的前导角开始。冲击波通过通道运行，并导致压力和温度在通道内的急剧上升。随着冲击波到达通道的端部，HT端口逐渐打开

15、和始于前缘的反射膨胀扇动起，传播回通道。冲击波背后的压缩流离开转子通道朝HT端口流动。高温和高压的压缩流离开波转子，流向冷却器和节流阀（或扩展器），以冷却，然后进入低压端口。上述过程被称为周期的充压过程。由于压缩流几乎排出到端口，通道逐渐关闭。此刻，该接触面背后的驱动流体开始膨胀，并进一步产生更低的温度。HP端的后缘的位置通过WRR的负载被确定，而不是通道长度或轮的速度。从HP端口的后缘膨胀扇形产生，且传播到该通道。它减缓接触面并且反射回形成单个冲击波的压缩波，因为它们朝LT端口行进。膨胀扇形和反射冲击波减小速度并改变接触面的方向。LP和LT端口之间的压差小，有助于清除低温流动。这一系列的事件

16、被称为循环的清除过程。据RFWRT的波形图，以下结论应注意：(1)在RFWRR同侧定位的HP和LT端口，这意味着接触面后面的驱动流只在一侧膨胀。因此，RFWRR没有自我的冷却能力。经过一段时间的运作，它将成为热的一端和冷的另一端，如图1所示。(2)图3示出RFWRR在p-h线图（a）和T-S图（b）与位于选自露点线外的所有流的节点的周期。理论上，驱动气体完全通过接触界面与从动气体分离，并且每一股气流具有其自己的流程。驱动气体在等熵线扩大，而循环气体绝热压缩。这两者是通过量功交换压力能量。进行热力学分析，必须同时满足质量和能量传输守恒。因此，我们可以建立WRR周期的一个热模型用于评价WRR的性能

17、，如图2（a）所示，WRR的内部过程可被建模作为驱动气体的膨胀过程和循环气体压缩过程。WRR可以被视为膨胀机WRE和压缩机WRC。发现这两个过程的适当的绝热效率是非常重要的。3. WRR的循环绝热效率和流通流量比驱动流的绝热膨胀效率e和从动的流绝热压缩效率c可以通过使用WRR的P-H图轻松计算，e=hHP-hLThHP-hLT*=THP-TLTTHP-TLT*(1)c=hHT-hLPhHT*-hLP=THT-TLPTHT*-TLP(2)其中符号意味着状态节点由等熵关系确定。根据大量文献8-11的结论，用于增压波转子的压缩效率是在60-83的范围内和膨胀效率往往假定是在相同的值域。用于增压波转子

18、的综合熵效率为60-70左右。影响绝热效率的因素可分为两类：气波的性质，例如冲击波的熵增和接触面偏转引起的流动损失，非均匀的流场混合12，等等,分离由转子通道至端口流体1的逐步打开和关闭引起的分流。但基于振荡管中的冲击波和膨胀波的流体流动的数值研究，如表1中所示，已经显示当初始压力比低于4.0用于压缩和膨胀时,等熵效率是足够高的。所以效率衰减的主要原因是上述转子通道的流动模式。对转子的通道流动数值研究发现，膨胀效率在50-80的范围内和WRR的压缩效率大约是15-60。表1中的结果是通过使用适当的计算诸如通过使用根据本尼迪克特-韦伯-鲁宾14-17取得状态（EOS）的方程和皇桑德勒混合规则18

19、,19平流上游分割方法加（AUSM+）13 计算出的非粘性通量的方案数值求解Navier-Stokes方程实现的。振荡管中甲烷-乙烷-丙烷混合物的质量分数分别为79%、8%和13%。从动和驱动流的质量流量比m,通常被定义为用于交换工作容量的评价中的循环流量比。从WRR的热模型，我们可以得到的循环流量比mana的计算结果，并从实验中（见参考文献7），我们可以测量这个量mana。表2通过由上述模型实验和分析示出了循环通量比例的结果。该结果几乎是一致的，由于该热模型的有效性和合理性。循环流量比m小于一;两个磁通比率的差异表示由于从端口相互作用导致的接触面旋拧和泄漏造成驱动和从动气体之间的物质转移。4

20、. 热力学分析结果与讨论图4 RFWRR的压缩比与膨胀的实验结果在目前的运作中对两种不同类型的典型的应用于制冷的气体进行了分析。这些气体都是理想的空气和真正的天然气，其质量分数为92.5% C1, 3.28% C2,1.079% C3, 0.34% i-C4, 0.34% n-C4, 0.138% i-C5,0.198% n-C5, 0.154% n-C6, 1.568% CO2, and 0.438% N2。WRR的膨胀比(e=pHPpLT)为1.5到10.0，而压缩比为1.1-1.6。这些值被大连理工大学的气波制冷研究开发中心（GWRSD）实验室的实验结果确定，如图4所示。他们将有所提高,

21、更好的控制泄漏和的混合损失。此项研究中，对WRR的这些性能参数的影响进行检测。LP和LT端口的压力差从2.0千帕到10.0千帕变化，这是由再循环操作单元如冷却器中的压力下降决定的。LP端口的温度为30。驱动流的质量流量为1公斤/秒，循环通量可通过热力学分析来计算。用于执行周期计算的热力学关系不会被这里提到。它们可以在任何标准热力学教科书中找到。天然气的热性能也由本尼迪克特-韦伯-鲁宾的EoS确定。零相对湿度=0的空气由理想的EoS计算。表2 在不同的膨胀比下水热力学分析和实验结果表1质量分数质量分数分别为79，8，13时甲烷 - 乙烷丙烷混合物用压缩和膨胀效率图5显示了典型结果的e=0.7和c=0.25中的结果; 涉及的参数是峰值温度（TTH）, 冷负荷（W0），冷却器税（WC），交换工作（WEX），分离温度T，膨胀率e，压缩比c和循环比(m)。从T和m的轮廓图，可以发现大坡度的显著因素。对于e和e峰值温度（TTH）和冷却器占空比（WC）是不相关，但随着c的增加而增加。对于c和c制冷占空比和交换工作无关，但随着e增加而增加。不同的w0wc代表热分离能力,对于同样的e和e，天然气更易于热分离，并获得更低的温度。(对于相等的e, c越大, T越大m越小，单独的温度和循环比接近c和c。图6显示