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。

针对CO2跨临界循环的特征,阐述了几种提高循环效率的方法,其中包括采用涡流管或者膨胀机代替膨胀阀,采用两级压缩、中间冷却技术等等.论述了涡流管代替膨胀阀提高系统效率的方法、原理,并介绍了一种适合小型制冷系统的新型气缸活塞式膨胀机.另外,还叙述了CO2跨临界循环系统采用两级压缩、中间冷却时,最佳中间压力的确定原理以及方法.

针对活塞式膨胀机的工作过程,利用能量方程、气体状态方程、拉格朗日方程等建立了非线性瞬时的热力学和动力学模型,实现对系统的精确建模和性能研究。利用MATLAB/Simulink得到的仿真转速/功率与实验平台测得的转速/功率进行比较,验证了数学模型的正确性。通过仿真模型研究了进气压力、负载扭矩对活塞式膨胀机系统性能的影响,并分析了进气温度对系统性能的影响。研究表明:在一定压力条件范围内,随着负载扭矩的增加,活塞式膨胀机的输出功率和效率

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