Волновая диаграмма — это упрощенное представление процессов в ВДК. Распространение волн в канале имеет более сложный характер вследствие изменения скорости звука в зависимости от температуры и давления сред и наличия зоны смешения. Кроме того, имеют место диссипативные процессы, связанные с образованием зоны смешения вследствие конечного времени открытия канала; развитие ее в течение всего рабочего цикла; гидравлические потери; теплообмен и утечки через зазоры. Многочисленные попытки создать упрощенные методики, не дали удовлетворительных результатов при определении основных геометрических параметров ВДК.

Нестационарный газодинамический процесс в волновом детандере–компрессоре описан с помощью системы дифференциальных уравнений в частных производных, выражающих законы сохранения массы, состава, импульса и энергии, решаемых численным методом распада разрыва. Для расчета низкотемпературных процессов разработана математическая модель, которая позволяет  моделировать процессы в реальных газах. Особенно это относится к расчету процессов в природных газах, где их сжимаемость проявляется даже при параметрах, близких к параметрам окружающей среды. Поэтому система уравнений адаптирована для возможности расчета реальных газов.

Результаты расчетов с использованием адаптированного метода распада разрыва и обычного в сопоставлении с экспериментальными данными показывают, что описываемый метод расчета обеспечивает меньшие отклонения расчетных кривых от экспериментальных .

Кроме того, разработана также модель с доработанным численным методом распада разрыва путем решения соотношений на распаде методом последовательных приближений. Такой подход увеличивает время счета, однако, при современных производительностях компьютеров это не представляет особых трудностей.

Для определения термодинамических и калорических свойств воздуха и метана составлены программы расчета с использованием вириальных уравнений состояния. Для природного газа, рассматриваемого как смесь, была разработана программа, основанная на модифицированном уравнении Редлиха–Квонга .

Разработанные математические модели позволяют воспроизводить процессы при изменениях геометрических параметров, частоты вращения, расположения, размеров и количества окон, а также выбирать оптимальную геометрию с точки зрения максимальной энергетической эффективности или холодопроизводительности.

На рисунке показаны диаграммы, полученные в результате расчета второй ступени двухступенчатого ВДК для установки разделения воздуха. Здесь изображены изменения параметров на кромках каналов в зависимости от угла поворота ротора за цикл.

- скорость w;- температура Т (ОМ) отношение массовой доли пассивной среды ко всей массе газа в крайней расчетной ячейке;  (А) отношение площади открытой части канала к площади поперечного сечения канала; - давление Р, МПа.

Результаты расчетов на левой кромке показывают, что в течение всего цикла ОМ на левом торце не отличается от нуля. Это означает, что в окно отвода расширившегося воздуха выходит только активная среда. Имеются лишь незначительные мгновенные выбросы пассивной среды, величины которых очень малы (менее 2 %), и они практически не влияют на температуру и состав выходящего газа. На правой кромке ОМ принимает значения близкие к 1. Минимальное значение ОМ (около 0,5) имеет место в тот момент, когда окно отвода пассивной среды почти закрыто. Поскольку скорость в этот момент тоже мала, то количество выходящей активной среды незначительно. При расчетах используется также температурная диаграмма процесса, показанная на рисунке, для того же ВДК.

Здесь отчетливо видна зона смешения и изменение ее в течение цикла, а также линии распространения волн.

Copyright (c) 2000-2013 V.Ersmambetov  All rights reserved.

holodtex@gmail.com