圆渐开线型线的涡旋压缩机内部流场模拟分析

涡旋压缩机运行过程中工作腔内部流场状态参数难以通过试验测试获得。为此,以圆渐开线型线的动、静涡旋盘为对象,建立了带有动边界、径向与轴向间隙的动、静涡旋盘啮合的三维流场数值模型。利用CFD动网格技术设置流场边界、内部网格的变形,获得动、静涡旋盘啮合过程内部流场参数,并结合试验对模拟模型进行验证。结果表明:模拟结果与试验结果基本一致,获得了工作腔内流体流动压力和速度的动态分布规律,探索了压缩过程中腔内压力、速度、温度分布不均匀的原因。     

涡旋压缩机压缩腔内气体非稳态流动研究

为了研究涡旋压缩机工作过程中腔内气体非稳态流动过程,建立了涡旋压缩机压缩腔的模型,依据动静涡旋齿啮合间隙调节压缩腔内流体区域的动网格分布,采用RNG k-ε湍流数学模型,实现了压缩腔内气体流动的数值模拟,研究气体速度场、压力场和温度场分布规律,分析了流场分布不均匀性的形成原因,探索了压缩腔间气体泄漏引起的传热、传质过程对非稳态流动的影响。     

径向间隙对涡旋压缩机性能的影响

针对涡旋压缩机各压缩腔之间的泄漏问题,对不同径向间隙工况下的涡旋压缩机内部流场特性进行了研究。首先,建立了某型涡旋压缩机真实尺寸的流体域模型,分析了涡旋压缩机工作腔内流动应遵循的规律;然后,利用PumpLinx软件生成了涡旋压缩机流体域结构化网格,并对其不同径向间隙工况下的内部流场进行了数值模拟;最后,研究了径向间隙对涡旋压缩机压力、进出口的质量流量、动涡旋盘的轴功率等特性的瞬态和平均值影响规律。研究结果表明：涡旋压缩机中同一压缩腔的压力分布均匀,而温度分布不均匀,径向间隙越大,则温度不均匀性越明显;当径向间隙从0.02增大到0.08时,压缩机进出口平均质量流量减少,容积效率从92.7%下降到67.9%,而动涡旋盘的平均轴功率增加18.7%;因此,控制径向间隙对改善压缩机动涡旋盘受力不均匀性,提高压缩机的容积效率,减少其功耗具有重要意义。     

涡旋压缩机非定常流动的三维数值模拟

针对涡旋压缩机工作过程中运动部件公转平动的运动方式使得工作腔内流场难以测试的问题,提出了带有移动边界、啮合间隙和封闭工作腔的涡旋压缩机非定常流动的三维数值计算方法。以齿头双圆弧修正型线为例,建立了三维几何模型。解决了带有啮合点的动边界在动网格中容易出现的负体积问题以及排气口遮挡问题,实现了三维数值模拟。得到了任意曲轴转角下的各工作腔内各截面的气体流动的压力和速度的动态分布规律,揭示了增压过程中腔内流动状态的变化机理。模拟结果表明:压力在各工作腔分布均匀,最大与最小压力之差不超过5%。沿着涡旋齿型线齿尾到齿头,内外侧的压差逐渐增大。速度分布不均匀,单个工作腔内最大最小速度之差可达到180m/s。径向泄漏沿啮合线呈对称分布,速度呈跳跃式分布,最大泄漏速度为200m/s,切向泄漏最大泄漏速度可达450m/s。     

基于三棱柱动网格的涡旋压缩机三维流场模拟

为研究涡旋压缩机内部流场的规律分布,在理论分析的基础上,建立了内部流场的三维模型。对非结构化网格划分的三种方法(四面体网格、六面体网格、三棱柱网格)分别进行了模拟试验,并通过试验结果对比发现,三棱柱网格划分方法在涡旋压缩机三维流场模拟中更为适用。在此基础上,运用动网格技术和RNG k—ε模型对流场进行三维数值模拟,模拟结果形象的展示了涡旋压缩机随时间周期变化的压力、温度、流速的分布规律,为涡旋压缩机的优化设计和应用提供参考。     

基于结构化网格涡旋压缩机泄漏状态研究

针对涡旋压缩啮合间隙存在复杂的泄漏问题,提出了一种考虑动涡盘公转运动且分区的泄漏模型,得到了涡旋压缩机啮合间隙处不同区域内流场的分布规律,对现有的泄漏模型进行了进一步补充;并采用了结构化动网格模型进行数值模拟研究,对啮合间隙处网格进行了加密,解决了涡旋压缩机采用非结构化网格模型由于网格的重构再生啮合间隙仅有单层网格导致模拟结果不准确的问题,得到了内部流场和啮合间隙处的流态特点,以及啮合间隙处泄漏速度、进气口与排气口质量流量与主轴转角的关系。     

无油涡旋空压机热力过程数值模拟及分析

近年来,随着无油压缩机运用需求的增加,高效可靠的无油涡旋压缩机研制逐步成为涡旋机械领域的研究热点。利用CFD软件PumpLinx对压缩机热力过程进行了瞬态数值模拟,获得了不同工况下压缩机工作腔内部流场、压力、温度的动态分布以及流量等性能参数。模拟结果表明:压缩机吸气腔内存在"吸气增压"效应,且由于吸气流道不对称以及动盘公转的影响,一对对称吸气腔的吸气终了压力、温度存在差异,这也将造成在后续压缩过程中,相应对称工作腔内压力、温度存在差异。     

动网格在涡旋压缩机三维流场数值模拟中的应用

基于局部弹性变形与网格重划的CFD动网格技术,对涡旋空气压缩机动态内流场进行了数值模拟。该模拟以理想气体为工作介质,满足流体控制方程及气体状态方程,湍流模型采用RNG k-ε模型,用壁面函数法描述近壁区流动。数值计算的结果表明,涡旋压缩机内部流场随时间周期变化,涡旋压缩机内存在旋涡生成、运动等现象。该计算非常形象地揭示了涡旋压缩机内部流动规律,为涡旋压缩机的优化设计提供了理论参考。     

动网格在涡旋压缩机三维流场数值模拟中的应用

基于局部弹性变形与网格重划的CFD动网格技术,对涡旋空气压缩机动态内流场进行了数值模拟。该模拟以理想气体为工作介质,满足流体控制方程及气体状态方程,湍流模型采用RNG k-ε模型,用壁面函数法描述近壁区流动。数值计算的结果表明,涡旋压缩机内部流场随时间周期变化,涡旋压缩机内存在旋涡生成、运动等现象。该计算非常形象地揭示了涡旋压缩机内部流动规律,为涡旋压缩机的优化设计提供了理论参考。     

基于动网格的齿轮箱内部流场数值模拟

基于不可压缩流体控制方程和RNGk-ε湍流模型,建立齿轮箱油浴润滑的三维流体模型。借助流体计算软件Fluent,应用动网格及UDF技术对齿轮箱油浴润滑的内部流场进行动态数值模拟,研究齿轮箱内瞬时油液分布以及油压、流速变化规律。计算表明：运用动网格技术能较好的模拟齿轮箱内部两相流场中油液分布及压力和速度的动态变化。     

基于流场的变截面动涡盘热应力变形分析

建立了变截面动涡旋盘的三维几何模型。选择结构单元SOLID185,生成其有限元模型。对涡旋压缩机流场分析得到的模拟结果,进行插值拟合处理,得到了涡旋盘表面与压缩工质的对流换热系数及温度分布函数。由此对变截面动涡盘分别在线性温度场和基于流场分析的温度场进行热分析,得到了两种热边界载荷情况下涡旋盘的温度场分布,以及热变形和Mises应力结果。比较动涡盘的两种分析结果,说明涡盘热载荷的线性简化是合理的,基于流场的有限元分析更加符合涡旋压缩机的实际工况。     

涡旋压缩机单向流固耦合方法与涡旋齿变形分析

提出一种涡旋压缩机气体流场对固体边界受力变形影响的单向流固耦合计算方法,建立了考虑泄漏间隙的带有齿头修正的渐变啮合间隙变壁厚的涡旋压缩机三维几何模型,采用LES湍流模型对其工作过程进行模拟从而得到流场分布,其压力分布沿Z方向不均匀,压差在涡旋型线展角492°处最大。将压力场载荷直接加载到固体边界上,得到任意工作状态下的涡旋齿受力和变形规律,分析了流场变化对固体边界涡旋齿受力、变形的影响。得到了涡旋齿的受力和变形规律,沿涡旋齿型线展角500°处变形最大与压力差分布相符。该压力载荷加载方式更加连续,更接近于实际工作状态,计算结果更为准确。     

双螺杆制冷压缩机工作过程的数值模拟

双螺杆制冷压缩机由于其独特的优势已被广泛应用,但由于其复杂的转子结构及型线设计,对该类压缩机的整体性能的预测一般采用一维数值模拟或经验方式得到,但是该类方法无法获得压缩机内部流体压力场和温度场的分布情况。根据试验用螺杆压缩机建立了三维模型,利用结构化动网格技术,通过CFD软件对双螺杆压缩机的内部流场进行了三维数值模拟,分析了流体在压缩机内部的流动及热力学参数分布状况,得到了压缩机内部压力场、温度场和速度场的分布规律。将三维数值模拟得到的P-V指示图及压缩机宏观性能参数与试验结果进行对比分析,发现模拟结果与试验数据基本一致,部分负荷时误差较大,误差最大的是绝热效率,为2.58%。数值模拟能够准确预测双螺杆压缩机的性能,并为压缩机设计提供了新的方法。     

基于涡旋压缩机的容积式压缩机的三维数值模拟技术

运用Fluent中的2.5D网格技术和非一致网格技术,成功实现了涡旋压缩机的真正三维非稳态数值模拟。捕获到了端面泄漏现象和排气口的压力及温度的脉动现象,发现了涡旋压缩机工作腔内的周向流场分布和不均匀的瞬时温度场分布及由于泄漏所导致的局部涡流现象。模拟方法对于具有轴向映射结构的容积式压缩机的研究具有指导意义。     

涡旋压缩机工作过程模拟及传热分析

根据涡旋压缩机的运转规律,得到了绝热状态涡旋压缩机非定常流动的数值模拟计算方法;对涡旋压缩机理论计算模型进行网格无关性验证、动网格重构验证,保证其数值模拟计算结果的准确性.得到了涡旋压缩机工作过程的压力场、温度场、速度场分布规律,得到其工作过程曲线与各工作腔的泄漏规律,并与理论绝热过程进行对比,验证了所采用的数值模拟计算方法的正确可行性.进而探究考虑流热耦合传热的涡旋压缩机工作过程的数值模拟计算方法,提出通过合理地设置壁面热力条件参数实现涡旋压缩机达到热力平衡状态的数值模拟计算方法.     

叶轮叶片后弯角对压缩机内流场的影响分析

利用CFD软件对离心压缩机的三维流场进行了数值模拟分析,并对离心压缩机性能进行了分析。流场模拟的湍流模型采用RNG k-ε模型,离心压缩机旋转区与非旋转区的耦合采用了MRF模型。在叶轮叶片后弯角变化从35°~55°对压缩机的内流场进行分析,且旋转流体边界采用了滑移网格。得出了压缩机内部流场的压力及速度分布云图,在此基础上对压缩机性能进行了对比分析。模拟结果有助于了解风机内流场的运动规律,为风机叶片的设计提供了参考。     

考虑倾覆力矩影响的涡旋式压缩机径向泄漏机理研究

针对涡旋式压缩机动涡旋盘受到倾覆力矩作用,使得轴向间隙形成楔形角,而引起的径向泄漏问题,运用气体动力学理论,建立楔形平板间气体泄漏模型,计算得到考虑气体压缩性和摩擦损失影响的楔形平板间气体的质量泄漏量。应用计算流体动力学软件对涡旋压缩机工作腔的内流场进行了三维数值模拟,获得工作腔内压力场、速度场、温度场分布规律。通过试验比较相邻工作腔压差对动涡旋盘受到倾覆力矩作用泄漏量的影响,验证模型可行性和正确性。计算结果表明,楔形角变化时考虑气体可压缩性、摩擦损失影响,气体质量泄漏量的理论计算与数值模拟曲线变化吻合较好,渐扩形泄漏通道对气体泄漏影响较大。     

涡旋式膨胀机内部流场的数值模拟研究

为研究涡旋式膨胀机内部流体的流动特性,本文在分析涡旋式膨胀机工作原理的基础上,建立了内部工作腔的二维模型。模拟计算采用了动网格和标准k-ε湍流模型,利用Fluent 6.3模拟实现了涡旋膨胀机内部气体非定常流动的动态分析,得到了不同转角时刻的压力分布和速度分布图,模拟结果表明膨胀腔内压力和速度的分布存在不均匀性。为深入研究膨胀机的工作特性提供了参考依据。     

一种非对称异步排气涡旋压缩机的数值模拟研究

传统非对称涡旋压缩机的2组工作腔内容积比不相等,会导致压缩时的压力不对称现象严重,同时使得排气损失和排气脉动增加。为此,针对一种等内容积比的非对称异步排气涡旋压缩机进行了数值模拟研究。首先,建立了非对称涡旋压缩机的几何模型,对非对称异步排气涡旋结构的构造原理进行了公式推导,分析了其工作腔的容积变化状况;然后,对该结构的流体域进行了结构化网格划分,并进行了瞬态数值模拟,研究了腔内压力场、温度场、速度场的分布特性;最后,在相同条件下,将该非对称异步排气涡旋压缩机与传统非对称涡旋压缩机进行了性能对比分析。研究结果表明：该非对称异步排气结构的腔内流场均呈非对称分布,同一工作腔的压力场较为均匀,2组工作腔的排气压差在2%以内,但同一工作腔的温度场和速度场受径向间隙影响,其不均匀程度较大;经性能对比,该结构的排气压力损失仅为6.6%,排气温度降低了8.1 K,排气时的脉动强度降低了34.9%,涡旋压缩机排气过程更加稳定。     

齿顶间隙对平衡式双螺杆压缩机流场干扰的研究

为了研究专门针对双螺杆压缩机存在转子单向受力问题而开发的一种平衡式双螺杆压缩机工作腔内齿顶间隙对其内部流场特性的影响规律,运用SCORG软件构建一种可完全兼顾实际工作间隙的工作腔流体模型,并在进行高质量代数网格划分的前提下,基于CFD(Computational Fluid Dynamics)技术对三种不同尺寸齿顶间隙的平衡式双螺杆压缩机流体模型进行内部流场特性的精确数值分析,得到了流场压力分布、速度分布以及排气压力脉动随齿顶间隙的变化规律。为平衡式双螺杆压缩机间隙优化设计及工程应用提供重要理论支撑。