基于圓漸開(kāi)線渦旋膨脹機(jī)幾何模型的研究

彭 斌，李要紅，趙生顯，朱永軍，張朋成

（蘭州理工大學(xué)，甘肅蘭州 730050）

1 前言

對(duì)于渦旋機(jī)械原理的研究，最早是由法國(guó)工程師Leon Creux提出［1］，并在1905年于美國(guó)取得專(zhuān)利。但由于當(dāng)時(shí)其優(yōu)勢(shì)并未被發(fā)掘以及技術(shù)的限制，渦旋機(jī)械沒(méi)有得到深入發(fā)展。直到20世紀(jì)80年代渦旋壓縮機(jī)才得以廣泛研究，而渦旋膨脹機(jī)則是由渦旋壓縮機(jī)改裝而來(lái)。經(jīng)相關(guān)資料顯示，渦旋膨脹機(jī)最早是由日本某汽車(chē)生產(chǎn)公司用于rankine中，作為回收余熱裝置，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，得出回收的能量約占機(jī)車(chē)輸出總能量的3%［2］。近年來(lái)，由于資源的短缺、環(huán)境問(wèn)題的日益加重，渦旋機(jī)械的研究已得到國(guó)內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)的重視。作為回收余熱裝置關(guān)鍵部件的渦旋式膨脹機(jī)，因其結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小、可靠性好、振動(dòng)小和容積效率高等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的使用。渦旋膨脹機(jī)性能的研究更是成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。為了分析渦旋膨脹機(jī)整機(jī)的性能，其幾何模型的研究是基礎(chǔ)。關(guān)于渦旋膨脹機(jī)的研究，主要集中在對(duì)其熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和泄漏方面的分析，實(shí)際上，對(duì)其幾何模型的研究也是較為重要的。

由于渦旋膨脹機(jī)是由渦旋壓縮機(jī)改裝而來(lái)，因此，渦旋膨脹機(jī)的幾何模型與渦旋壓縮機(jī)幾何模型極其相似。Morishita第一次對(duì)渦旋壓縮機(jī)幾何和動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了詳細(xì)的論述［3］。型線的構(gòu)成結(jié)構(gòu)對(duì)渦旋壓縮機(jī)的性能影響較大，型線主要有圓漸開(kāi)線、線段漸開(kāi)線和正多邊形漸開(kāi)線等，目前常用的漸開(kāi)線為圓漸開(kāi)線。……