基于workbench平台的涡旋压缩机涡旋齿瞬态流固耦合分析

在workbench平台下提出一种涡旋压缩机流场气体力对涡旋齿边界受力变形影响的瞬态流固耦合计算方法,建立了涡旋压缩机三维流场模型,采用RNG k-ε湍流模型对其工作过程进行模拟从而得到流场分布,流场压力分布沿齿高方向不均匀,曲轴转角90°时涡旋齿内外侧压差在齿头处最大。将流场边界压力载荷加载到涡旋齿边界上,得到任意曲轴转角下的涡旋齿的受力和变形分布,分析了流场变化对涡旋齿受力、变形的影响。得到了涡旋齿的受力和变形规律,此压力载荷施加方法与实际工作状态更接近,计算结果更贴近实际情况。     

涡旋泵关键部件受力与变形分析

采用CFD方法,建立了涡旋泵内部流动分析模型,得到不同转角下涡旋盘表面的压力载荷分布规律。将流场边界压力载荷施加到涡旋齿表面,得到不同转角下涡旋齿的受力和变形情况。研究表明：最大变形发生在动静涡旋盘啮和处的涡旋齿内侧,液体压力差是导致其变形主要因素。涡旋齿内外侧变形规律基本相同,齿高增加,变形量增加。转速增加,涡旋齿所受的最大应力和最大变形量均明显增大。     

非均匀温度场下涡旋压缩机涡旋盘数值仿真研究

基于热应力场耦合建立了汽车涡旋压缩机涡旋盘有限元模型,涡旋齿载荷边界条件设置为流场离散,在气体压力载荷单独作用、温度场载荷单独作用以及两者耦合作用这三种情况下,对涡旋盘进行受力分析和变形分析, 讨论不同主轴转角的涡旋齿的刚度和强度,最后得到涡旋齿的变形规律和应力分布。分析结果表明:当涡旋盘压缩腔运动到排气孔位置时,涡旋盘处于变形与应力最大的状态,热变形是影响涡旋盘整体变形的主要因素。     

基于流场分析的变截面涡旋齿的强度分析

为了研究涡旋压缩机在多场载荷耦合作用下变截面涡旋齿的变形和应力分布,基于动网格技术,利用Fluent软件对涡旋压缩机工作过程进行流场模拟,将温度场和压力场分析结果直接导入ANSYS软件中,利用间接耦合的方法对动涡旋齿和动、静涡旋齿装配后在单场及多场耦合作用下强度进行分析。结果表明:温度场对涡旋齿变形影响较大,耦合场下的变形并不是各场单独作用下变形之和;装配后涡旋盘的安装间隙对涡旋齿的变形存在干涉,单独分析动涡旋齿时的变形大于装配后的变形;根据应力分布分析,最大值出现在涡旋齿壁厚较大的位置,说明该组合型线涡旋齿具有较强的抗变形能力,可为判断涡旋型线优劣和研究涡旋压缩机间隙与泄漏提供理论基础。     

无油涡旋压缩机涡旋盘的应变分析及试验验证

采用Solidworks建立了无油涡旋压缩机动、静涡旋盘的三维模型,运用ANSYS分析软件对涡旋压缩机动涡盘分别在气体力、温度、惯性约束条件下以及在多场耦合载荷下涡旋齿的变形和应力分布规律进行了分析,并研究了不同齿厚和齿高的动涡盘涡旋齿在多场耦合载荷作用下的变形情况,得到涡旋盘的应力分布和涡旋齿变形情况。分析结果表明,对涡旋齿的变形影响最大的载荷是温度载荷场;在腔内气体被压缩时,涡旋齿始端部位温度最高,所受气体力也最大;耦合场下涡旋齿始端顶部变形最大,最大应力出现在齿根部位,且耦合场的最大应力不是各载荷应力的叠加;涡旋齿越高变形越大,涡旋齿越厚变形越小,分析研究结果为定量化确定无油涡旋压缩机的轴向间隙和径向间隙提供了理论依据。     

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。     

无油涡旋压缩机密封条的有限元分析

为了提高无油涡旋压缩机轴向间隙的密封性能,以涡旋齿顶的聚四氟乙烯密封条为研究对象,对其进行有限元分析。利用三维建模软件建立了密封条和涡旋齿的几何模型,导入有限元软件中进行网格划分。通过齿顶密封模型的受力分析,详细阐述了边界载荷的计算依据,分析了密封条沿渐开线展开角方向的底面和侧面气体力载荷变化规律。设定了密封条的边界条件,对密封条模型进行有限元分析。计算结果表明,借助有限元技术可以获得不同曲轴转角时密封条的应力、变形分布规律,更好地掌握了密封条的工作性能,为密封条的设计提供了新方法。     

无油涡旋压缩机涡旋齿温度场的数值计算

无油涡旋压缩机涡旋齿的温度场分布对涡旋齿的受力变形和工作腔内气体的增压过程影响极大,为了研究无油涡旋压缩机涡旋齿温度分布,对已开发的无油涡旋压缩机进行传热分析,采用控制体积法的离散形式以及无网格法分别构建涡旋齿的数值传热模型,利用MATLAB求解温度场,以任意位置处涡旋齿壁面的等效温度作为热边界条件,得到涡旋齿温度分布规律。这2种计算方法收敛快且无网格法收敛更快,无网格法首次运用到计算涡旋齿的温度场,又利用无网格法构造涡旋齿壁面二维稳态温度场,为实验提供了理论基础。分析结果表明:旋齿从中心向外缘其温度逐渐减小且在涡旋齿后段减小趋于平缓。这2种传热模型对无油涡旋压缩机的涡旋盘温度场分析具有一定的指导和借鉴作用,并对涡旋型线的设计有一定指导意义。     

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。     

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。     

多场耦合作用下动涡旋盘的变形和应力研究

利用Pro/E建立了涡旋压缩机动涡旋盘的三维实体模型,基于有限元法分别对动涡旋盘在气体力、温度场和惯性力作用下的应力和变形分布情况进行分析,并对气体力、温度场、惯性力耦合作用下动涡旋盘的变形和应力进行了数值计算。结果表明温度场引起的轴向变形较大,惯性力使涡旋齿尾部的变形增加,多场耦合作用下最大变形发生在涡旋齿头,最大应力发生在涡旋齿头的底部和驱动轴承座孔内。     

干式涡旋真空泵涡旋齿应力与变形研究

为了研究涡旋真空泵涡旋齿在气体力作用下的应力分布及变形规律,利用三维建模软件建立双级定涡旋盘有限元分析模型,结合气体流动特性,分析了串联模型两级间气体压力.基于涡旋真空泵涡旋盘的几何理论和力学理论将涡旋齿受到的气体力分解为切向、径向和轴向3个气体力分量,采用有限元分析的方法对双级定涡旋齿进行应力和变形分析.由分析结果可...     

涡盘在气体力和温度载荷作用下的应力及变形分析

采用有限元方法，对涡旋压缩机动涡盘在气体力及温度载荷作用下应力分布特点及变形规律进行了分析。结果表明最大应力发生在齿头根部，对变形的分析中得到气体力主要影响径向及周向变形。而温度载荷主要影响轴向变形。     

小参数涡旋齿的强度可靠性研究

分析了小参数涡旋压缩机压缩腔的压力载荷和温度,建立了小参数涡旋齿的弯曲疲劳强度模型。以天然气涡旋压缩机为例,计算了小参数涡旋齿的弯曲疲劳强度。结果表明,选择合适的排气角、材料和参数,修正涡旋齿的起始端,是提高涡旋齿弯曲疲劳强度的重要方法。     

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.     

耦合作用下涡旋动盘形变与应力的仿真分析

运用有限元分析软件ANSYS,分析了在特定气体载荷与温度载荷耦合作用下涡旋齿的形变与应力的变化,并在气体、温度载荷变化的情况下,研究其形变的变化规律。被压缩的气体对涡旋齿产生气体力载荷,由气体被压缩、动静盘间的摩擦产生的温度载荷,会引起动盘的热变形与热应力。分析结果表明,温度载荷是影响涡旋齿变形的主要因素。由于涡旋齿头部位受到气体力最大、温度最高,耦合作用下涡旋齿最大变形发生在涡旋齿头顶部;由于主轴对轴承孔内壁的约束作用,最大应力发生在主轴承孔内壁与底盘接触的部位。