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斯特林驱动反渗透海水淡化增压泵设计研究

耿冬寒 金龙 李秀兵

耿冬寒,金龙,李秀兵. 斯特林驱动反渗透海水淡化增压泵设计研究[J]. 机械科学与技术,2020,39(12):1844-1851 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190346
引用本文: 耿冬寒,金龙,李秀兵. 斯特林驱动反渗透海水淡化增压泵设计研究[J]. 机械科学与技术,2020,39(12):1844-1851 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190346
Geng Donghan, Jin Long, Li Xiubing. Research on Stirling Powered Booster Pump for Reverse Osmosis Desalination[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(12): 1844-1851. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190346
Citation: Geng Donghan, Jin Long, Li Xiubing. Research on Stirling Powered Booster Pump for Reverse Osmosis Desalination[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(12): 1844-1851. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190346

斯特林驱动反渗透海水淡化增压泵设计研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190346
基金项目: 国家自然科学基金项目(51705361)、天津市技术创新引导专项优秀科技特派员项目(17JCTPJC47700)及天津市教委科研计划项目(2017KJ080) 资助
详细信息
    作者简介:

    耿冬寒(1981−),副教授,博士,研究方向为流体传动与控制、新能源海水淡化研究,fisherw@163.com

  • 中图分类号: TH321

Research on Stirling Powered Booster Pump for Reverse Osmosis Desalination

  • 摘要: 提出一种用于小型反渗透海水淡化新型增压装置,将β型自由活塞斯特林发动机与往复式活塞泵耦合成为自由活塞斯特林发动机驱动式增压泵。确定初始设计参数,建立结构原理图,利用实用等温模型建模,分析斯特林发动机内部工作参数;在确定斯特林发动机参数后利用伯努利方程和一维不稳定流动方程对往复泵进行建模,得出泵吸排水口压力以及泵腔内压力变化;研究了斯特林发动机热源温度对输出功的影响,排出管口压力影响因素;利用MATLAB软件对所建立模型求解计算。结果表明,本设备理论上满足设计初始工况要求并可正常运行。
  • 图  1  斯特林驱动式增压泵结构图

    图  2  能量传递框图

    图  3  斯特林发动机实用等温模型工质特性图

    图  4  膨胀腔、压缩腔和总容积变化曲线

    图  5  工质质量分布图

    图  6  循环压力图和循环P-V

    图  7  功与效率图

    图  8  活塞位移和无因次速度与加速度图像

    图  9  排水口流量与吸水口流速图

    图  10  排水管口压力p2、吸水管口压力p1及全压力p

    图  11  排水管长度不同时管口压力随管径变化

    图  12  泵腔压力图

    表  1  斯特林发动机计算参数

    参数及单位数值
    额定功率/kW 4
    活塞行程/cm 5
    活塞频率/(r·min−1) 960
    工质质量/g 0.75
    膨胀腔温度/K 1060
    压缩腔温度/K 371
    回热器温度/K 662.76
    加热器温度/K 1120
    冷却器温度/K 351
    扫气容积比$\kappa $ 0.7
    无益容积比$\chi $ 1.5
    容积相位角${\alpha _V}$ ${{\text{π}} / 2}$
    温度比$\tau $ 0.35
    膨胀腔最大容积/cm3 359.04
    压缩腔最大容积/cm3 251.33
    平均压力/MPa 6.57
    最大压力/MPa 9.37
    最小压力/MPa 4.46
    加热器容积/cm3 158.34
    回热器容积/cm3 188.50
    冷却器容积/cm3 30.16
    回热器集体长度/cm 9.86
    回热器基体直径/cm 4.93
    回热器集体填充系数 0.5
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    表  2  往复增压泵参数

    参数及单位数值
    泵理论流量/(cm3·s−1) 833
    泵排出管口直径/cm 3.5
    泵吸入管直径/cm 5
    配气活塞杆直径/cm 2
    泵活塞直径/cm 4.32
    排出管长/cm 50
    吸入管长/cm 30
    排出管到泵体中心轴距离/cm 10
    吸入管到泵体中心轴距离/cm 30
    排出口背景压力/MPa 5
    吸入口背景压力/MPa 0.8
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-17
  • 网络出版日期:  2021-02-02
  • 刊出日期:  2020-12-05

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