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。     

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。     

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.     

变截面无油涡旋压缩机轴向间隙泄漏模型的研究

为定量研究变截面无油涡旋压缩机轴向间隙泄漏,基于等熵层流流动理论,建立了变截面涡旋压缩机在任意主轴转角时轴向间隙泄漏量的计算模型。通过求解该模型,分析了泄漏量与泄漏线长度、涡旋齿齿厚、工作腔容积、腔体温度之间的数值关系,得出基圆半径、轴向间隙对泄漏量影响的变化规律。为了验证计算模型的准确性,利用FLUENT软件对涡旋压缩机的工作过程进行仿真模拟,得出泄漏气体的速度、密度,并计算出轴向间隙平均泄漏流量,将模拟结果和理论计算结果进行了对比。结果表明:2种方法所得到的泄漏量变化趋势基本一致,该研究为新型线涡旋压缩机涡旋盘的加工、装配和密封提供理论参考提供理论参考。     

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。     

高速离心压缩机旋转失速的全流场数值模拟

使用商业计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算软件CFX求解三维雷诺平均的Navier-Stokes方程组,结合出口气腔模型对某带无叶扩压器的离心压缩机的旋转失速现象进行数值模拟。为了准确地模拟小流量下的失速流动现象,在CFD计算中采用包括蜗壳在内的全场网格。首先使用定常计算得到该离心压缩机的稳态性能曲线,并和试验测量值进行比较。然后引入出口气腔模型,模拟离心压缩机内的旋转失速流动。在小流量下模拟得到离心压缩机内部流场的非定常流动现象。分析气腔模型不同参数对失速流动的影响,气腔体积越大,计算得到的失速频率越低。     

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。     

双螺杆压缩机的计算流体力学3D动态仿真与试验

基于双螺杆压缩机的工作过程为理论循环过程的假设,提出了双螺杆压缩机工作过程的数学模型,将其内部流动分为入口流体、基元容积流体和出口流体3个部分。运用计算流体力学(CFD)理论中的网格界面法和动网格技术实现空气吸入、压缩和排出的周期性变化过程,并通过Fluent对双螺杆压缩机的内部流场特性进行数值模拟。为了验证该数学模型与数值仿真方法的准确性和可行性,搭建了双螺杆压缩机内部压力测试装置,对双螺杆压缩机的p-V变化规律进行试验研究。结果表明,仿真数据与试验数据吻合良好。因此,文中所构数学模型和模拟方法为双螺杆压缩机的设计与研究提供了重要的工具和方法。     

涡旋压缩机轴向间隙中流体在层流流态下的泄漏研究

对有油润滑涡旋压缩机轴向间隙中流体的层流流态进行了分析,建立了纯油单相层流流动和气、油两相层流流动的流动模型,并对流体在两种层流流态下的泄漏量进行了计算.该计算为进一步研究涡旋压缩机涡旋腔中的泄漏提供了重要的理论根据.     

涡旋压缩机轴向问隙中流体在层流流态下的泄漏研究

对有油润滑涡旋压缩机轴向间隙中流体的层流流态进行了分析，建立了纯油单相层流流动和气、油两相层流流动的流动模型，并对流体在两种层流流态下的泄漏量进行了计算。该计算为进一步研究涡旋压缩机涡旋腔中的泄漏提供了重要的理论根据。     

涡旋压缩机油气分离器分离特性及压降的 数值模拟

电动汽车空调涡旋压缩机油气分离器的性能对空调系统的安稳运行及压缩机的润滑与密封均起着至关重要的作用。针对这种油气分离器结构尺寸小,要求其压降小,分离效率高,转速适用范围宽等特点,为探寻其内部的流动规律、压降及分离效率随转速的变化规律,首先选用适用于强旋流流动的雷诺应力模型(RSM),模拟计算了油气分离器中流体的流线图和速度分布;利用DPM模型对气液二相流进行数值模拟,计算了压缩机在不同转速下油气分离器中润滑油的分离效率及流体压降。分析结果表明,气体在分离器中做准自由涡流动和准强制涡流动,分离效率随油滴粒径的增大而提高,压缩机转速较低时,分离效率随转速的降低而急剧降低,压降与转速的平方成比例增大。最后,给出了优化设计电动涡旋压缩机油气分离器的设计方法。     

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。     

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。     

往复制冷压缩机气缸内流场特性分析研究

往复制冷压缩机其空间封闭,内部零部件数量较多,分布复杂,结构紧凑,因此,现实中通过试验方法很难获得气缸内流场特性。CFD软件是利用计算机和数值方法对流体力学问题进行数值计算模拟很好的工具,可以通过动网格设置,阀门EVENTS事件设置,实现往复压缩机4个工作过程连续瞬态模拟。最终获得压缩机气缸内部流体的流动状态变化、气缸内流体压力脉动值随曲柄转角的变化。为进一步研究因压力脉动、速度脉动引起的压缩机吸排气噪声提供了理论依据。     

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。     

风机流场的数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent对9-26型高压离心风机内部的三维气体流动进行了数值模拟与分析。计算中采用了标准k-ε湍流模型与非结构化网格。同时对计算结果进行了分析。模拟结果有助于理解风机内部的流动规律。     

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。