کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
1507319 1511045 2015 33 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Experimental study of cryogenic liquid turbine expander with closed-loop liquefied nitrogen system
ترجمه فارسی عنوان
بررسی تجربی گسترش دهنده توربین مایع یخبندان با سیستم نیتروژن مایع با حلقه بسته
ترجمه چکیده
مایع توربین مایع فریزر به عنوان جایگزینی برای سوپاپ های جول-تامسون سنتی استفاده شده در سیستم های فریزر به منظور صرفه جویی در انرژی توسعه یافته است. یک مطالعه تجربی برای ارزیابی عملکرد توربو بسط داده شد و موضوع این مقاله است. دستگاه تست شامل یک سیستم نیتروژنی مایع با حلقه بسته، یک واحد گسترش دهنده توربو مایع یخچال و سیستم های کمکی و اندازه گیری آن است. پارامترهای آزمایش آزمایشی توربین بر اساس قوانین شباهت جریان تعیین می شود. پیش از خنک کردن سیستم مایع نیتروژن ابتدا انجام می شود و سپس آزمایش ها با سرعت جریان و سرعت نسبتا متفاوت انجام می شود. سرعت جریان جریان توربین، فشار و دمای ورودی و خروجی، سرعت چرخش و گشتاور شفت اندازه گیری شد. نتایج تجربی و عدم اطمینان آنها مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و مورد بحث قرار گرفته است. موارد زیر نشان داده شده است: (1) برای هر دو مورد آزمایشی، بازده توربین افزایش پتانسیل استنتروپیک به ترتیب 8/8 و 4/68 درصد در مقدار 89،6 و 92 درصد از جریان طراحی است. عدم اطمینان زیادی در کارایی ایزنتروپیک بوسیله تغییرات بزرگ آنتالپیایی که تحت فشار ناشی از عدم اندازه گیری اندازه گیری های کوچک قرار دارند، ایجاد می شود. (2) بهره وری کل و بهره وری هیدرولیک از توربند گسترش یافته است. آنها اساسا یکسان هستند، زیرا هر دو شامل اثرات مرتبط با جریان و همچنین تلفات است. مقادیر بازده کل و بهره وری هیدرولیک برای توجیه عدم قطعیت اندازه گیری مقادیر مختلف مورد استفاده قرار گرفتند، زیرا سابق شامل میزان جریان جرمی اندازه گیری شده و افت انالپتیک (وابسته به درجه حرارت و فشار خروجی و ورودی)، در حالی که این شامل نیروی واقعی شفت، حجم جریان حجمی و فشار ورودی و خروجی. (3) افت در عبور جریان و سیستم تحمل شفت بر اساس بازده کل توربینی اندازه گیری شده، بهره وری مضاعف شده و کارایی مکانیکی که به ترتیب 57.6-74.8٪، 62.8٪ -78.8٪ و 89.5-96.4٪ است، براساس بازده کل توربینی اندازه گیری شده، بازده ایزانتروپیک و کارایی مکانیکی است. تجزیه و تحلیل عدم قطعیت برای بهره وری ایزوتروپیک تجربی، بهره وری هیدرولیک و بهره وری کل انجام شده است. کارایی هیدرولیکی به نظر می رسد بهترین اندازه برای ارزیابی عملکرد مایع توربین مایع فریزر است. (4) بازده ایزنتروپیک نسبت به سرعت از داده های تجربی بدست می آید. بازده تجربی ایزوتروپیک با نسبت سرعت افزایش می یابد و در بزرگترین سرعت سرعت آزمایش به 78.8٪ می رسد. اگر نسبت سرعت به مقدار بزرگتر برسد، کارایی بالاتر می تواند حاصل شود. این ارائه می دهد برخی از راهنمایی برای بهره برداری مطلوب از گسترش توربین در آینده است.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی مواد مواد الکترونیکی، نوری و مغناطیسی
پیش نمایش مقاله
بررسی تجربی گسترش دهنده توربین مایع یخبندان با سیستم نیتروژن مایع با حلقه بسته
چکیده انگلیسی
A cryogenic liquid turbine expander is developed as a replacement for traditional Joule-Thomson valves used in the cryogenic systems for the purpose of energy saving. An experimental study was conducted to evaluate the performance of the turbine expander and is the subject of this paper. The test rig comprises a closed-loop liquefied nitrogen system, cryogenic liquid turbine expander unit, and its auxiliary and measuring systems. The test operating parameters of the turbine expander are determined on the basis of flow similarity rules. Pre-cooling of the liquid nitrogen system is first performed, and then the tests are conducted at different flow rates and speed ratios. The turbine expander flow rate, inlet and outlet pressure and temperature, rotational speed and shaft torque were measured. Experimental results and their uncertainties were analyzed and discussed. The following are demonstrated: (1) For both test cases, turbine expander peak isentropic efficiency is respectively 78.8% and 68.4% obtained at 89.6% and 92% of the design flow rate. The large uncertainties in isentropic efficiency are caused by the large enthalpy variations subjected to small measurement uncertainties in temperature and pressure. (2) Total efficiency and hydraulic efficiency of the turbine expander are obtained. They are essentially the same, since both include flow-related effects and also bearing losses. Comparisons of total efficiency and hydraulic efficiency were used to justify measurement uncertainties of different quantities, since the former involves the measured mass flow rate and enthalpy drop (being dependant on inlet and outlet temperature and pressure), while the latter involves the actual shaft power, volume flow rate, and inlet and outlet pressure. (3) Losses in flow passages and the shaft-bearing system have been inferred based on the measured turbine expander total efficiency, isentropic efficiency, and mechanical efficiency, which are respectively 57.6-74.8%, 62.1-78.8% and 89.5-96.4%. Uncertainty analysis is conducted for experimental isentropic efficiency, hydraulic efficiency, and total efficiency. The hydraulic efficiency seems to be the best measure for assessing the performance of cryogenic liquid turbine expander. (4) Isentropic efficiency versus speed ratio is obtained from the experimental data. The experimental isentropic efficiency increases with the speed ratio, and it reaches 78.8% at the largest experimental speed ratio. A higher efficiency would be achieved if the speed ratio could reach a larger value. This provides some guidance for an optimal operation of the turbine expander in the future.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Cryogenics - Volume 67, April 2015, Pages 4-14
نویسندگان
, , ,