CO2雙缸滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)Fluent模擬與分析

馬一太，張美蘭，田 華，袁秋霞

CO2雙缸滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)Fluent模擬與分析

馬一太，張美蘭，田 華，袁秋霞

(天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300072)

研究用雙缸滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)代替節(jié)流閥，以提高CO2跨臨界循環(huán)的效率．為了更清楚地研究CO2雙缸滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)的工作情況，對(duì)其工作時(shí)內(nèi)部的壓力場(chǎng)、不同長(zhǎng)徑中間通道的壓力場(chǎng)和湍流強(qiáng)度場(chǎng)進(jìn)行了Fluent模擬與分析，壓力場(chǎng)分析結(jié)果可以看出膨脹前后容積并非完全等于一級(jí)氣缸和二級(jí)氣缸的容積，還應(yīng)加上中間通道的容積．不同長(zhǎng)徑中間通道分析結(jié)果指出長(zhǎng)度20,mm、直徑4,mm的中間通道所造成的壓力損失最小．湍流強(qiáng)度分析結(jié)果顯示湍流強(qiáng)度波動(dòng)主要集中在二級(jí)氣缸進(jìn)氣口的月牙形空間處，一級(jí)氣缸的流體流動(dòng)則相對(duì)穩(wěn)定，湍流強(qiáng)度較低．

CO2跨臨界循環(huán)；滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)；Fluent

姜云濤[8]對(duì)CO2單級(jí)雙缸滾動(dòng)活塞式膨脹機(jī)做了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及受力分析．該雙缸膨脹機(jī)的一級(jí)氣缸具有吸氣控制的作用，這就省掉了吸氣控制裝置，從而減少了吸氣控制裝置帶來的摩擦損失、節(jié)流損失及噪音問題，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的壓力脈動(dòng)．雙缸膨脹機(jī)采用2套氣缸呈一定夾角布置，能有效地平衡慣性力．這也是雙缸膨脹機(jī)優(yōu)于單缸膨脹機(jī)之處．

由于CO2單級(jí)雙缸滾動(dòng)活塞式膨脹機(jī)為首次設(shè)計(jì)，在運(yùn)行過程中也出現(xiàn)了一些問題(例如實(shí)際膨脹偏低于理論設(shè)計(jì)值)，為使此膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)更加合理，運(yùn)行情況更加穩(wěn)定，深入了解膨脹機(jī)運(yùn)行過程中的壓力分布、湍流強(qiáng)度及速度分布情況就顯得尤為重要．Fluent軟件能夠模擬流體流動(dòng)時(shí)內(nèi)部壓力場(chǎng)及湍流強(qiáng)度場(chǎng)．筆者運(yùn)用Fluent軟件對(duì)CO2單級(jí)雙缸滾動(dòng)活塞式膨脹機(jī)內(nèi)部流體流動(dòng)情況做了模擬與分析，以便對(duì)CO2單級(jí)雙缸滾動(dòng)活塞式膨脹機(jī)的進(jìn)一步研究提供必要的理論依據(jù)．

1 單級(jí)雙缸膨脹機(jī)的工作原理

雙缸膨脹機(jī)原則上是單級(jí)膨脹，工作過程包括吸氣、膨脹和排氣[9]．一級(jí)氣缸主要是吸氣腔，膨脹過程主要在二級(jí)氣缸中進(jìn)行．

在CO2跨臨界循環(huán)過程中，其t-s圖如圖1所示．其理論循環(huán)過程如1—2—3—4,a，3—4,a為等熵膨脹，由于節(jié)流過程的高度不可逆，實(shí)際節(jié)流過程為3—4,b，此時(shí)節(jié)流損失極大，為了回收部分膨脹功，用膨脹機(jī)代替節(jié)流閥，實(shí)際膨脹過程為3—4,c，此過程不僅能回收部分膨脹功，而且能增加一定的制冷量．

圖1 CO2跨臨界循環(huán)t-s示意Fig.1 t-s diagram of CO2transcritical cycle

2 CO2單級(jí)雙缸膨脹機(jī)內(nèi)部的Fluent模擬

2.1 幾何模型的網(wǎng)格劃分與動(dòng)網(wǎng)格模型設(shè)置

CO2單級(jí)雙缸活塞式膨脹機(jī)內(nèi)部流體的流動(dòng)過程是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過程，活塞在驅(qū)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)下運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)部流體的壓力、湍流度都隨時(shí)間的變化而改變．模擬時(shí)假設(shè)內(nèi)部流體為均質(zhì)流(不考慮相變)．

對(duì)單級(jí)雙缸膨脹機(jī)進(jìn)行Fluent模擬時(shí)，首先對(duì)其進(jìn)行g(shù)ambit 前處理[10]，建立幾何模型，由于膨脹機(jī)軸向較徑向短，故可簡(jiǎn)化成二維模型，如圖2所示，兩級(jí)滑板之間有一定夾角，一級(jí)氣缸排氣口與二級(jí)氣缸吸氣口相連通，為使連通通道盡可能短，故將圖2中左圖等效成右圖．網(wǎng)格劃分如圖3所示，為防止邊界移動(dòng)過程中局部網(wǎng)格發(fā)生嚴(yán)重畸變，甚至出現(xiàn)負(fù)體積的情況，采用三角形網(wǎng)格．圖3中右圖為一級(jí)氣缸滾動(dòng)活塞和滑板接觸處的局部放大，活塞和氣缸之間、滑板和活塞之間及滑板兩側(cè)存在一定的間隙，在膨脹機(jī)實(shí)際工作時(shí)這些間隙的密封靠潤滑油及潤滑油和制冷劑的混合物保證．在這些間隙處速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)都變化較劇烈，故網(wǎng)格畫的密一些．對(duì)于一級(jí)氣缸，設(shè)置deform10、deform11為變形運(yùn)動(dòng)邊界，piston、valve為剛體運(yùn)動(dòng)邊界，其余設(shè)置為wall，入口條件為壓力入口條件，出口為壓力出口條件．

圖2 膨脹機(jī)整體示意Fig.2 Global diagram of expander

圖3 膨脹機(jī)局部放大Fig.3 Local amplification of expander

選用Fluent做后期計(jì)算，時(shí)間類型為非穩(wěn)態(tài)，流型為湍流模型，由于各運(yùn)動(dòng)部件在工作過程中不斷運(yùn)動(dòng)，網(wǎng)格處于不斷的變化當(dāng)中，因此選用動(dòng)網(wǎng)格，分別編寫valve1，valve2，piston1，piston2的UDF文件，需要通過Fluent提供的宏DEFINE_CG_MOTION (name，dt，cg_vel，cg_omega，time，dtime)，使得Fluent接收到設(shè)定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律．

談到和老師之間的關(guān)系時(shí)，46.96%的學(xué)生認(rèn)為他們和老師之間就如魚和水一樣不可分離；32.66%的學(xué)生則認(rèn)為和老師之間的關(guān)系就像母雞和小雞一樣，充滿了愛，照顧和溫暖，意指兩者關(guān)系相處融洽。而10.34%、10.03%的學(xué)生分別認(rèn)為他們和老師之間的關(guān)系就如貓和老鼠、警察和小偷，皆有害怕的意義。

CO2單級(jí)雙缸活塞式膨脹機(jī)的初始進(jìn)口壓力條件為9.00,MPa，初始進(jìn)口溫度條件為35,℃，出口壓力條件為3.68,MPa，出口溫度條件為5,℃，額定轉(zhuǎn)速為1,500,r/min．用Fluent進(jìn)行計(jì)算的過程中可使用平均時(shí)間步長(zhǎng)0.000,1,s，當(dāng)然時(shí)間步長(zhǎng)也可根據(jù)滑板和活塞的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行調(diào)整．壓力范圍設(shè)定為3.00～9.00,MPa．為了觀察計(jì)算的收斂情況及結(jié)果，可以適時(shí)監(jiān)控參差、壓力及湍流強(qiáng)度場(chǎng)的變化規(guī)律．

2.2 模擬結(jié)果與分析

2.2.1 壓力的變化情況

由于運(yùn)動(dòng)流場(chǎng)的連續(xù)性要求，在活塞與氣缸之間、活塞與滑板之間、滑板兩側(cè)的縫隙之間會(huì)產(chǎn)生非常大的壓降，這里不做討論．圖4為不同時(shí)刻與不同轉(zhuǎn)動(dòng)角度下壓力的變化情況．

圖4 滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)內(nèi)隨滾動(dòng)活塞轉(zhuǎn)動(dòng)角度及時(shí)間變化的壓力變化Fig.4 Variations of pressure with time and piston rotational angle in the rolling piston expander

由圖4可以看出一級(jí)氣缸的主要作用是吸氣，當(dāng)活塞轉(zhuǎn)過進(jìn)氣口時(shí)，開始吸氣，活塞再次轉(zhuǎn)過進(jìn)氣口時(shí)，吸氣結(jié)束，此時(shí)的容積為CO2膨脹前容積，從圖中可以看出，此時(shí)的容積并不簡(jiǎn)單地等于一級(jí)氣缸的容積，還應(yīng)包括中間通道及二級(jí)氣缸的部分容積．吸氣過程結(jié)束則膨脹過程開始，二級(jí)氣缸轉(zhuǎn)過排氣口時(shí)膨脹過程結(jié)束，此時(shí)容積應(yīng)為膨脹后容積，從圖5中可看出，膨脹后容積并非完全等于二級(jí)氣缸容積，應(yīng)加上中間通道及一級(jí)氣缸的部分容積．壓力云圖中能直觀顯示出膨脹前后容積，中間通道作為余隙容積對(duì)膨脹比的計(jì)算具有重要意義．

圖5 0.022 5 s時(shí)滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)內(nèi)壓力分布Fig.5 Pressure distribution of inner rolling piston expander at 0.022 5 s

雙缸膨脹機(jī)與單缸膨脹機(jī)不完全相同，一級(jí)氣缸還具有吸氣控制的作用，壓力基本穩(wěn)定在進(jìn)口壓力，由圖4(a)可知，剛開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于運(yùn)動(dòng)部件中存在間隙，使得一級(jí)氣缸中的壓力并不穩(wěn)定于吸氣壓力，存在一定的壓力波動(dòng)，尤其是氣缸和活塞間的間隙處波動(dòng)比較大，但較之單缸膨脹機(jī)，由于少了進(jìn)氣控制裝置，壓力的脈動(dòng)幅度已經(jīng)得到了明顯的改善．

從圖4(b)中可以看出，一級(jí)氣缸中流體壓力趨于穩(wěn)定時(shí)，雖然兩腔中壓力有些差別，但總體上始終保持在進(jìn)口壓力附近．由圖4(b)可明顯看出二級(jí)氣缸中兩膨脹腔中壓力相差不大，排氣腔與蒸發(fā)器相連，內(nèi)部壓力較為穩(wěn)定．當(dāng)活塞轉(zhuǎn)到一定角度，一級(jí)氣缸的吸氣腔與一級(jí)氣缸的排氣腔相通，整個(gè)一級(jí)氣缸內(nèi)流體壓力趨于平衡，二級(jí)氣缸吸排氣腔相通時(shí)情況類似．兩腔相通過程較簡(jiǎn)單，但Fluent計(jì)算時(shí)卻較困難，故對(duì)此過程不做分析．

2.2.2 中間通道壓力情況

CO2單級(jí)雙缸膨脹機(jī)膨脹比小，膨脹回收功不高，主要是因?yàn)橹虚g通道余隙容積相對(duì)較大，中間通道的長(zhǎng)度和直徑理論上應(yīng)該越小越好，但直徑太小節(jié)流效果顯著[11]，會(huì)產(chǎn)生較大的壓降．對(duì)此本文中分析了中間通道不同長(zhǎng)徑對(duì)膨脹結(jié)果的影響，由于膨脹程度可以用二級(jí)膨脹機(jī)出口處的壓力來衡量，出口處壓力越低回收的膨脹功越多，壓力損失越?。虼藢?duì)長(zhǎng)度均為40,mm，直徑分別為2,mm、4,mm、6,mm、8,mm，以及直徑均為4,mm長(zhǎng)度分別為20,mm、40,mm的不同中間通道長(zhǎng)徑用Fluent計(jì)算了不同轉(zhuǎn)角下的壓力變化情況．對(duì)于中間通道長(zhǎng)度小于20,mm的情況由于結(jié)構(gòu)本身[11](中間隔板的存在)不允許故不做分析．為了更直接地說明問題，節(jié)選了轉(zhuǎn)角為201.6°以及211.2°下的中間通道壓力變化情況．

圖6為不同直徑的中間通道在不同時(shí)刻與不同轉(zhuǎn)動(dòng)角度下的壓力變化情況對(duì)比，活塞轉(zhuǎn)動(dòng)到不同角度，膨脹機(jī)內(nèi)部流體的壓力會(huì)發(fā)生變化，中間通道作為一級(jí)氣缸和二級(jí)氣缸的連接通道，壓力也會(huì)隨之變化．滾動(dòng)活塞剛開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，各運(yùn)動(dòng)部件間隙處壓力波動(dòng)大一些，但一級(jí)氣缸和二級(jí)氣缸的壓力傳遞卻相對(duì)平穩(wěn)，不同直徑的中間通道都沒有明顯的壓力損失．隨著滾動(dòng)活塞的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，由圖6可以看出中間通道中壓力損失情況已經(jīng)非常明顯，壓力損失傳遞情況為8,mm中間通道直徑傳遞最快，6,mm直徑次之，4,mm、2,mm直徑壓力損失傳遞相對(duì)較慢．由圖6還可以看出，一級(jí)氣缸活塞在轉(zhuǎn)動(dòng)到201.6°和211.2°時(shí)，二級(jí)氣缸排氣口處的壓力情況分別為：4,mm中間通道直徑排氣口處壓力最低(排氣口最高壓力為3.6,MPa)，2,mm、6,mm直徑次之(排氣口最高壓力為3.9,MPa)，8,mm中間通道直徑排氣口處壓力相對(duì)較高(排氣口最高壓力為4.2,MPa)．這說明中間通道直徑越大，膨脹機(jī)的中間通道壓力損失越小，但中間通道直徑過大，會(huì)造成較大的余隙容積，依然會(huì)造成小膨脹比．為了提高膨脹比，似乎中間通道的直徑越小越好，小直徑固然會(huì)減少余隙容積，但直徑過小則會(huì)造成節(jié)流損失，產(chǎn)生相對(duì)較大的壓降，對(duì)膨脹比的提高亦沒有積極作用，如圖6(a)中間通道直徑為2,mm時(shí)的壓力變化情況所示．綜合考慮余隙容積和節(jié)流損失對(duì)壓降造成的影響后，由圖6可知，孔徑4,mm時(shí)為最優(yōu)．

圖6 中間通道(直徑分別為2,mm、4,mm、6,mm、8,mm)隨活塞轉(zhuǎn)動(dòng)角度及時(shí)間變化的壓力變化Fig.6 Variations of pressure of the intermediate channel(diameter 2,mm，4,mm，6,mm，8,mm)with time and piston rota-tional angle

圖7 中間通道(長(zhǎng)度分別為40,mm、20,mm)隨活塞轉(zhuǎn)動(dòng)角度及時(shí)間的壓力變化Fig.7 Variations of pressure of intermediate channel(length 40,mm，20,mm)with time and piston rotational angle

圖7 為不同長(zhǎng)度中間通道在不同時(shí)刻及不同轉(zhuǎn)動(dòng)角度下的壓力變化情況，活塞在開始運(yùn)動(dòng)的初期，中間通道作為流體在一級(jí)氣缸和二級(jí)氣缸之間的傳遞通道，壓力傳遞相對(duì)穩(wěn)定，未出現(xiàn)大的壓力脈動(dòng)．隨著滾動(dòng)活塞的繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，由圖7可知，長(zhǎng)度為20,mm的中間通道壓力損失傳遞相對(duì)于長(zhǎng)度為40,mm的中間通道壓力損失傳遞要快些，一級(jí)氣缸滾動(dòng)活塞在轉(zhuǎn)動(dòng)到201.6°和211.2°時(shí)，中間通道長(zhǎng)度為20,mm(排氣口最高壓力為3.3,MPa)的二級(jí)氣缸排氣口處壓力要相對(duì)高于中間通道長(zhǎng)度為40,mm(排氣口最高壓力為3.6,MPa)的二級(jí)氣缸排氣口處的壓力．這說明中間通道長(zhǎng)度的減少從一定程度上減少了膨脹機(jī)的壓降損失，其中最主要的原因是由于中間長(zhǎng)度的減少有效地減少了余隙容積，從而使得膨脹機(jī)的膨脹比有所提高．而中間通道的長(zhǎng)度主要取決與連接通道的進(jìn)出口位置，原設(shè)計(jì)的中間通道連接口設(shè)置在氣缸壁側(cè)面的中心位置[9]，需穿過一半氣缸壁，這必然導(dǎo)致余隙容積和壓降的增加，若將連接孔開在氣缸壁端面，中間通道的長(zhǎng)度會(huì)大為減少，這對(duì)膨脹比的增加是有利的．但由于膨脹機(jī)本身結(jié)構(gòu)[11]的限制，對(duì)中間通道長(zhǎng)度小于20,mm情況不做考慮．因此，在之后對(duì)膨脹機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)中可考慮適當(dāng)減少中間通道的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度20,mm為最優(yōu)．

通過Fluent模擬分析可知直徑為4,mm、長(zhǎng)度為20,mm的中間通道膨脹結(jié)束時(shí)壓力損失最小，有望提高膨脹機(jī)的效率．

2.2.3 膨脹機(jī)內(nèi)流體湍流強(qiáng)度的變化情況

圖8所示為0.021,5,s滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)內(nèi)流體湍流強(qiáng)度分布，湍流強(qiáng)度又稱湍流流度或湍強(qiáng)，它是速度梯度和溫度梯度的函數(shù)，能揭示湍流的宏觀機(jī)制，是衡量湍流強(qiáng)度的相對(duì)指標(biāo)，在圖8中觀察湍流強(qiáng)度變化情況可以更好地討論湍流強(qiáng)度的整體變化，隨著滾動(dòng)活塞轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增大而減?。梢钥闯?，活塞剛開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)湍流大的地方主要集中在二級(jí)氣缸進(jìn)氣口的月牙處．由湍流強(qiáng)度分布云圖(圖8)可知，隨著一級(jí)氣缸中流體的不斷流入，使得該腔的湍流強(qiáng)度要稍大于一級(jí)氣缸的吸氣腔，而一級(jí)氣缸的流體流動(dòng)則相對(duì)穩(wěn)定，湍流強(qiáng)度較低．

隨著活塞的轉(zhuǎn)動(dòng)，滑板附近的湍流強(qiáng)度有所增加，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)角度的再次增大各級(jí)氣缸中兩腔相互作用，逐漸達(dá)到兩腔間的動(dòng)態(tài)平衡，待達(dá)到新的平衡穩(wěn)定后，膨脹機(jī)內(nèi)流體的湍流強(qiáng)度大幅度減?。?/p>

圖8 0.021,5,s滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)內(nèi)流體湍流強(qiáng)度分布Fig.8 Turbulence intensity distribution of inner rolling piston expander at 0.021,5,s

3 結(jié) 論

(1) 由壓力變化的模擬分析(圖4)可知，吸氣過程主要在一級(jí)氣缸及中間通道中進(jìn)行，而膨脹過程主要在二級(jí)氣缸及中間通道中進(jìn)行．一級(jí)氣缸具有吸氣控制的作用，較之單缸膨脹機(jī)，由于少了吸氣控制裝置，壓力脈動(dòng)幅度明顯減?。?/p>

(2) 中間通道的長(zhǎng)徑大小對(duì)膨脹比的影響較大，通過Fluent模擬分析可知，直徑為4,mm、長(zhǎng)度為20,mm的中間通道膨脹結(jié)束后壓力損失最小，有望提高膨脹機(jī)的效率．

(3) 由湍流強(qiáng)度的變化模擬分析(圖8)可知，活塞剛開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)湍流強(qiáng)度大的地方主要集中在二級(jí)氣缸進(jìn)氣口的月牙形空間處．隨著一級(jí)氣缸中流體的不斷流入，使得該腔的湍流強(qiáng)度要稍大于一級(jí)氣缸的吸氣腔，而一級(jí)氣缸的流體流動(dòng)則相對(duì)穩(wěn)定，湍流強(qiáng)度較低．

［1］ Halozan H，Rieberer R. Heat pump system with ammonia as referent [C]//The 7th HG Gustav Lorentzen Conference on Natural Working Fluids. Trondheim，Norway，2006：80-83.

［2］ Lorentzen G. Revival of carbon dioxide as a refrigerant [J]. International Journal of Refrigeration，1994，17(5)：292-301.

［3］ Nickl J，Will G，Quack H，et al．Internation of a three-stage expander into a CO2refrigeration system[J]. International Journal of Refrigeration，2005，28(8)：1219-1224．

［4］ Poirier M，Giguere D，Aidoun Z，et al. Prediction of the pressure drop of CO2in an evaporator used for air cooling[C]// The 7th HR Gustav Lorentzen Conference on Natural Working Fluids. Trondheim，Norway，2006：318-321.

［5］ Zeng Xianyang，Ma Yitai，Liu Shengchun，et al. Testing and analyzing on P-V diagram of CO2rolling piston expander[C]// The 22nd International Congress of Refrigeration. Beijing，China，2007：ICR07-B2-431.

［6］ Yang Junlan，Ma Yitai，Li Minxia，et al. Exergy analysis of transcritical carbon dioxide refrigeration cycle with an expander[J]. Energy，2005，30(7)：1162-1175.

［7］ Li Daqing，Groll E A. Transcritical CO2refrigeration cycle with ejector-expansion device[J]. Int J Refrig，2005，28(5)：766-773.

［8］ 姜云濤. CO2跨臨界水-水熱泵及兩級(jí)滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)的研究[D]. 天津：天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2009.

Jiang Yuntao. Research on CO2Transcritical Water-Water Heat Pump and Two-Rolling Piston Expander [D]. Tianjin：School of Mechanical Engineering，Ti-anjin University，2009(in Chinese).

［9］ 姜云濤，馬一太，田 華. CO2跨臨界循環(huán)雙缸滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)與分析[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，41(10)：1209-1213.

Jiang Yuntao，Ma Yitai，Tian Hua. Design and analysis of trans-critical CO2cycle based on two-cylinder rolling piston expander[J]. Journal of Tianjin University， 2008，41(10)：1209-1213(in Chinese).

［10］ 龔文瑾，馬一太，趙 麗. CO2滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)的模擬與分析[J]. 工程熱物理學(xué)報(bào)，2010，31(8)：1265-1269.

Gong Wenjin，Ma Yitai，Zhao Li. Simulation and analysis of CO2rolling piston expander[J]. Journal of Engineering Thermophysics，2010，31(8)：1265-1269(in Chinese).

［11］ 王 偉. CO2雙缸滾動(dòng)活塞膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和試驗(yàn)研究[D]. 天津：天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，2010.

Wang Wei. Structural Improvement and Experimental Study on CO2Double Rolling Piston Expander[D]. Tianjin：School of Mechanical Engineering，Tianjin University，2010(in Chinese).

Fluent Simulation and Analysis of CO2平Two-Cylinder Rolling Piston Expander

MA Yi-tai，ZHANG Mei-lan，TIAN Hua，YUAN Qiu-xia
(School of Mechanical Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China)

Two-cylinder rolling piston expander in place of throtting valve has been studied in this paper to promote the efficiency of CO2transcritical cycle. This paper simulates and analyzes inner pressure field，inner pressure field of different intermediate channels and turbulence intensity when two-cylinder rolling piston expander works in order to fully understand the expander. The result shows that the volume of expansion from start to finish is equal to the total volume of the first and the second cylinders and intermediate channel. During the simulation，the intermediate channel with the length of 20 mm and the diameter of 4 mm has the least pressure loss. This paper also concludes that the turbulence intensity fluctuation mainly concentrates in the half moon-shape space of the second cylinder while the flow in the first one is comparatively stable. These conclusions will offer help to the further study of the inner fluxion condition of the expander.

CO2transcritical cycle；rolling piston expander；Fluent

TB65；TK121

A

0493-2137(2011)12-1093-07

2010-10-13；

2010-01-14.

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2007AA05Z262)．

馬一太（1945— ），男，博士，教授.

馬一太，ytma@tju.edu.cn.