涡旋压缩机工作腔流道仿真模拟及几何模型研究

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取。所以采用数值模拟的方法获得动、静涡旋盘啮合过程中流场的运动变化规律已成为涡旋压缩机热点方向之一。为此,以圆渐开线型线的动、静涡旋盘为对象,从涡旋压缩机的三维实体模型中简化并得到了带有移动边界和轴向间隙的动、静涡旋盘啮合的三维流场数值模型。该模拟以R134a为工作介质,满足流体控制方程和气体状态方程,湍流模型采用RNG k-ε模型;利用CFD动网格技术设置流场边界,通过内部网格的拉伸、变形获得了工作腔内流体流动的压力、温度和速度的动态分布规律,探索了压缩过程中腔内压力、温度、速度分布不均匀的原因,并针对不同非整数圈和不同转速下的压缩机工作腔进行模拟和对比分析,为今后涡旋压缩机的研发提供理论基础。     

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。     

无油涡旋空压机运行过程流场模拟及性能试验

为准确快速地分析无油涡旋空压机工作过程中的流场变化规律,基于ANASYS软件开展空压机流场模拟研究。首先,对无油涡旋空压机工作原理进行介绍,对空压机流场结构和边界条件进行合理简化;再建立空压机流场区域的二维模型,根据其实际运行工况设置边界条件,建立有限元模型;然后采用动网格技术模拟动涡旋盘相对静涡旋盘的公转平动,开展非定常流动模拟,得到涡旋盘流域内任意时刻的压力场、温度场和速度场;最后通过试验方法测试空压机运行时主要性能参数。研究方法可形象地揭示无油涡旋空压机内部流动规律,且主要运行参数与实验测量结果符合良好,可为无油涡旋空压机的优化设计提供一定的参考。     

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。     

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。     

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。     

涡旋压缩机的流场特性研究

涡旋压缩机工作时,内部流场存在三维非稳态特性。为了研究其特性,本文利用动网格技术对涡旋压缩机的内部流场进行了数值仿真分析,得到了不同径向间隙下工作腔内的压力及温度的分布、出口温度及输出流量曲线,研究了径向间隙对涡旋压缩机工作性能的影响。结果表明：在相同转速下,径向间隙对涡旋压缩机工作腔内的压力及温度分布、出口温度及输出流量都有一定的影响。     

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。