张 雷 徐海军 张 湘 徐小军 邹腾安

国防科技大学智能科学学院，长沙，410073

0 引言

低温有机朗肯循环可以从低温热源中吸收热量，并将其转换成可用功，可有效回收低温废热，广泛使用在发电厂、工业生产以及大型内燃机的余热回收上。有机朗肯循环工质的焓值较小，需要使用特殊设计的膨胀机来实现内能的转换。目前，可用的膨胀机有活塞式、划片式、摆线式、涡旋式、螺杆式等容积型膨胀机，以及向心透平、轴流透平等速度型膨胀机，其中，活塞式膨胀机具有较好的密封效果、相对简单的结构和较大的功重比，引起了研究人员的广泛重视[1-10]。

低温有机朗肯循环使用的热源温度较低、工质焓值小，因而需要较大的做功容积才能有效提高系统的功率密度。BIANCHI等[9]认为往复活塞式膨胀机更适合于发动机尾气余热回收系统。JANG等[2]设计的基于异形活塞的双环回转式活塞膨胀机便于小型化，具有较高的功率密度。INCROPERA等[3]设计出了滚子活塞式膨胀机，利用滚动式的活塞结构获得了较大的功率密度。

自由活塞式膨胀机取消了传统的运动约束机构，减小了系统的惯量，有效提高了系统做功频率及能量转化效率。杨璐[7]设计出一种六冲程双循环发动机，在传统曲柄连杆的基础之上增加了摆动杆机构，有效降低了活塞与气缸的作用力。田亚明等[11]研制的自由活塞膨胀机-直线发电机取消了功率传输机构，获得了较高的机构效率。

相对于其他活塞，曲柄连杆机构驱动的圆形活塞具有更好的密封性，但活塞侧向力在一定程度上影响了气缸密封的效果。……