组合型线涡旋压缩机压缩腔流体的CFD模拟

根据已被理论验证过的一种复杂的圆渐开线-高次曲线-圆弧组合涡旋型线的数学模型,利用MATLAB和CAD软件建立了该组合涡旋型线的计算模型并采用CFD软件对其进行模拟计算,得到其压力损失以及流场特性,为进一步研究涡旋压缩机的组合涡旋型线提供参考.     

不同涡旋型线压缩腔流场的模拟分析

随着计算机技术的发展,CFD技术取得了巨大的进步,其在压缩机理论研究和工程设计中的作用也越来越重要。利用CFD软件Fluent对圆的渐开线、圆的渐开线-圆弧-圆的渐开线两种基本型线的压缩腔内部流场进行了模拟,根据模拟后处理的结果对流体流动的速度、温度和压力做了分析比较,结果表明型线的不同对流场分布有较大影响,这为深入研究涡旋型线对压缩机性能的影响和工程实际应用提供理论参考。     

涡旋型线对涡旋压缩机性能的影响

构成涡旋压缩机涡旋齿的型线有很多种,不同型线的类型以及几何参数直接影响着涡旋压缩机的性能和结构尺寸。在现有涡旋型线几何理论的基础上,对圆、线段和正四边形渐开线以及变径基圆渐开线和组合型线的几何特性进行了详细的探讨,采用控制变量的方法,对比分析了不同涡旋型线几何参数和结构参数之间的相互关系;计算分析了圆渐开线和组合型线构成的动涡旋盘所受的气体力,计算结果表明组合型线动涡旋盘上所受的气体力波动较大,研究得到的结果为涡旋压缩机的设计提供了一定的理论基础和应用参考。     

任意圈涡旋压缩机的几何理论研究

从涡旋压缩机的工作过程特性出发，对任意圈涡旋压缩机的几何理论进行分析，给出了涡旋压缩机圆渐开线型线的几何参数——压缩腔对数及涡圈圈数的明确定义，推导出任意圈涡旋压缩机各工作过程的容积计算公式及其几何参数之间的关系。研究表明：涡旋压缩机完成吸气和排气过程分别需要压缩机主轴转动一周；对于未修正的圆渐开线型线的任意圈涡旋压缩机，每完成一次吸排气过程的循环主轴需要转动ΦE π α-φ^*的角度；对于始端进行修正的圆渐开线型线，只要两涡圈的啮合处于圆渐开线啮合，则本文所作的几何分析同样适用。     

基于对称圆弧修正的单元组合型线涡旋压缩机特性研究

针对采用单元组合型线的涡旋压缩机,研究当对涡旋盘涡圈采用对称圆弧修正时整机的工作特性,建立修正型线参数方程,讨论修正型线的取值范围,分析其工作腔随转角的变化关系及内容积比和排气截面的工作特性。仿真研究结果表明:与修正后的采用圆渐开线的压缩机相比,在内容积比相同的情况下,采用单元组合型线的压缩机具有更大的排气角和排气截面,使得压缩过程更趋平缓;并随着内容积比的增加,其排气截面减小的趋势和排气损失增加的趋势也较基于圆渐开线的压缩机缓慢。可见,随着压比的升高,采用单元组合型线的压缩机优势更加突出。该研究结果为采用该型线的涡旋压缩机应用及优化奠定基础。     

多涡旋齿圆渐开线和圆弧组合型线构建

创建出多涡旋齿的圆渐开线-圆弧组合型线,研究了单涡旋齿、双涡旋齿和三涡旋圆渐开线-圆弧组合型线的齿形特点、生成规律和齿形参数间的关系,得出了圆弧作为单涡旋齿及任意齿数的多涡旋齿啮合型线的条件,形成了多涡旋齿圆弧组合型线的通用理论.所提出的圆弧组合型线不但能实现正确啮合,而且对于丰富多涡旋齿型线类型和促进多齿涡旋压缩机的发展具有重要意义.     

圆渐开线变截面涡旋压缩机几何性能综合分析

提出一种由不同基圆半径的圆渐开线组成的新型变截面涡旋压缩机型线,组成形式为圆渐开线Ⅰ+圆渐开线Ⅱ+圆渐开线Ⅰ。论述型线的生成方法,给出型线的一般方程,建立一系列圆渐开线变截面涡旋压缩机的几何模型。针对建立的几何模型,分析控制系数θ、φ^*、R_or对变截面涡旋压缩机几何性能的影响。以圆渐开线Ⅰ为基础,构建圆渐开线Ⅰ+高次曲线+圆渐开线Ⅰ的变截面涡旋压缩机的几何模型,综合分析两类变截面涡旋压缩机的几何性能。结果表明：θ取中值θ_M,φ^*,控制系数R_or取较大值,对应的几何性能较优。高次曲线变截面涡旋压缩机与中值θ_M对应的圆渐开线变截面涡旋压缩机相似,可相互替代。     

型线参数对变截面涡旋齿径向泄漏线长度的影响

涡旋压缩机径向泄漏线长度是影响泄漏量的关键因素。为了准确计算和控制径向泄漏线长度,以圆渐开线+高次曲线+圆弧组成的涡旋型线为研究对象,建立组合型线涡旋压缩机径向泄漏线长度瞬时计算模型,分析型线参数变化(基圆半径、圆弧半径,齿厚调节系数、连接点、回转半径等)对泄漏线长度的影响。结果表明：该模型能够准确计算组合型线涡旋压缩机径向瞬时泄漏线长度,得出不同参数下泄漏线长度随主轴转角的变化规律,分析出型线参数对泄漏线长度的影响程度。为控制泄漏线长度和减小涡旋压缩机泄漏量提供参考,同时该模型还适用于其它型线径向泄漏线长度的计算。     

一款新型组合型线涡旋压缩机的设计

介绍了一种基圆渐开线-变径基圆渐开线-基圆渐开线组合型线的涡旋压缩机,给出了该组合型线的几何模型以及相应的建模参数,并讨论了在不同结构参数下的组合型线压缩机与基圆渐开线型线压缩机在受力情况、行程容积以及压缩比方面的对比。数值计算结果证明在同种条件下,该新型组合型线涡旋压缩机与普通渐开线型线涡旋压缩机相比具有更好的受力情况、更大的行程容积,以及更大的压缩比的优点。     

涡旋压缩机的变径基圆渐开线型线研究

研究了涡旋压缩机变径基圆渐开线的啮合特性和几何理论,得到了其共轭啮合型线方程;分析了不同参数下的型线特点和几何形状,并与基圆渐开线进行比较;提出了由变径基圆渐开线构建变啮合间隙涡旋齿的方法。利用变径基圆渐开线可构建出3种涡旋齿：等啮合间隙变壁厚涡旋齿、变啮合间隙等壁厚涡旋齿和变啮合间隙变壁厚涡旋齿,分析了各种涡旋齿的性能特点和适用范围,拓宽了涡旋型线的类型。     

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。     

涡旋压缩腔径向泄漏对内部流场影响的分析

为了揭示泄漏对涡旋压缩机压缩腔内部流场的影响,应用CFD技术对不同间隙尺寸下的涡旋压缩机内部流场的定常流动进行数值计算,通过改变轴向间隙,追踪一个选定的月牙形压缩腔,在一个循环周期内流场的变化,进而分析泄漏对涡旋压缩机压缩腔内部流场的压力场、温度场、速度场的影响,得到压缩腔的泄漏规律及最佳泄漏间隙,并将模拟结果与理论绝热过程进行比较,验证所采用数值技术方法的正确可行性。     

涡旋压缩机涡圈渐开线的创成与加工

研究了涡旋压缩机的"心脏"——运动涡旋盘渐开线的创成和编程加工,根据涡旋压缩机渐开线的特性和原理,以及加工零件的精度要求,推导出加工零件的渐开线方程式,从而使编程更加简单,使用更加方便,并使加工精度得到提高。     

基于内压作用的通用型线涡旋齿载荷模型

根据对应的节线类型把压缩腔分为a、b两类,分析压缩腔压力、涡旋齿的作用载荷和应力特点,确定了涡旋齿根弯曲疲劳强度计算准则,得到了基于通用型线的齿根弯曲疲劳强度载荷模型.研究表明：简化涡旋齿为涡旋齿中线,涡旋齿工作时相当于中线内侧受到内压载荷作用,载荷的大小为内外壁面的压力差.涡旋齿上任意点的应力近似于脉动循环的弯曲应力,可用涡旋齿根等效应力用安全系数法以无限寿命计算涡旋齿根弯曲疲劳强度.开始排气角是影响涡旋齿强度和压缩机稳定性的一个重要因素.     

涡旋压缩机几何模型研究

讨论了涡旋压缩机的几何参数，给出了任意圈涡旋压缩机涡圈圈数的明确定义和封闭工作腔对数的概念；在分析计算开始排气时的主轴转角的基础上，推导出压缩机从吸气开始到排气结束这一循环过程的几何容积计算公式。根据压缩机实际排气孔口结构，利用计算机绘图和曲线拟合的方法对排气过程的流通截面积进行了分析，得出了4个流通截面积以及排气孔口有效流通截面积随压缩机主轴转角的变化规律，为分析研究排气过程的流动损失奠定基础。     

基于运动学的涡旋型线固有耦合机理研究

在涡旋压缩机型线设计研究中，针对涡旋型线暂啮合角固有耦合机理理论，提出了涡旋型线节点的概念，分析了涡旋型线节点的速度突变和加速度突变，通过微分几何理论分析并证明了涡旋型线固有耦合机理理论的正确性。结果表明：当特征几何边数增加时，曲率半径变化随之变小，速度突变相应随之变小，涡旋压缩机运转趋于平稳，振动和能量损失变小；当特征几何边数趋于无穷大时，曲率半径和速度突变趋向于零，涡旋压缩机运转最平稳，振动与能量损失最小；反之，特征几何边数减小时，曲率半径变化随之变大，速度突变大，涡旋压缩机运转不平稳，振动与能量损失变大。     

涡旋压缩机机构误差对密封间隙的影响分析

根据曲柄销防自转涡旋压缩机的结构,从平面杆件机构的基本原理出发,分析了机构尺寸误差引起动涡旋自转误差模型,并建立了动涡旋自转误差对动、静涡旋密封间隙影响的计算式,通过算例对曲轴回转一周自转误差引起密封间隙的变化及对压缩机气密性、稳定性和安全性的影响进行了分析讨论。结果表明,对于回转半径固定式曲轴结构的涡旋压缩机,由于曲轴偏心为定值,动涡旋逆时针自转时泄漏间隙增大使密封性能变差,泄漏增加。动涡旋顺时针自转时泄漏间隙减小,较大的自转角有可能造成动、静涡旋齿面硬接触,使摩擦损失增大,长时间运转涡旋齿易产生疲劳断裂,因此设计时应严格控制加工精度,减少尺寸误差带来的不利影响。     

基于泛函的制冷涡旋压缩机变壁厚涡旋型线理论及形状优化

针对涡旋型线形状在整机设计中的重要性,提出了基于泛函理论的变壁厚涡旋型线设计理论及其优化设计方法,分析了涡旋体壁厚、动涡旋盘的最大外径、涡旋压缩机的轴向间隙、涡旋型线节距、涡旋体高度、公转半径等约束限制范围,建立了变壁厚涡旋型线优化数学模型,给出了变壁厚通用涡旋型线形状优化实例,通过与传统涡旋型线相比,得出了能满足性能较优要求、形状性态良好的涡旋型线。     

涡旋式压缩机涡旋型线的研究综述与前景

涡旋压缩机的涡旋型线直接影响着涡旋压缩机的几何、力学、热力学、功耗、效率等重要参数及加工性能、磨损、寿命、噪声等重要技术指标。它受到了世界各国专利的保护和限制,一直是国内外研究专家的研究热点。本文将从涡旋式压缩机的涡旋型线的单一型线、修正型线、组合型线以及涡旋型线的优化等方面阐述下国内外专家学者的研究成果,希望对涡旋压缩机的研究和生产有重要的借鉴和指导意义。