無油渦旋壓縮機(jī)腔內(nèi)流場建模仿真及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、渦旋壓縮機(jī)沒有往復(fù)運(yùn)動機(jī)構(gòu)，體積小、重量輕、易損件少，在中小容量的壓縮機(jī)中具有很大的性能優(yōu)勢，是高性能壓縮機(jī)的主要發(fā)展方向之一。無油渦旋壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)上排除了工作介質(zhì)接觸潤滑油的可能，可以滿足醫(yī)療、食品等行業(yè)的特殊需求，但是排氣量大、使用壽命長的無油渦旋壓縮機(jī)制造尚存在困難。為了深入了解渦旋壓縮機(jī)的運(yùn)行機(jī)理，從原理上指導(dǎo)渦旋壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)，分析無油渦旋壓縮機(jī)的內(nèi)部流動過程顯得非常重要。本課題運(yùn)用熱力學(xué)理論和計(jì)算流體力學(xué)方法研究了渦旋壓縮機(jī)的

2、內(nèi)部流動過程，獲得了渦旋壓縮機(jī)壓縮腔內(nèi)壓力、溫度、流速的瞬態(tài)分布，為高性能渦旋壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)提供參考。
　　本文首先介紹了無油渦旋壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，根據(jù)壓縮腔的幾何形狀，將熱力學(xué)和傳熱學(xué)作為理論基礎(chǔ)，用質(zhì)量守恒和能量守恒等定律，分析了無油渦旋壓縮機(jī)壓縮腔的容積變化過程和熱力工作過程，建立了一種全面考慮了壓縮過程中的換熱和泄漏現(xiàn)象且適用于無油渦旋壓縮機(jī)的實(shí)用熱力學(xué)仿真模型，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。
　　然后通過分

3、析渦旋壓縮機(jī)流場模擬的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算方法，將渦旋壓縮機(jī)排氣過程視為準(zhǔn)靜態(tài)過程，用計(jì)算流體力學(xué)的穩(wěn)態(tài)方法來分析渦旋壓縮機(jī)。選定了合理的排氣過程幾何模型，檢驗(yàn)了網(wǎng)格的無關(guān)性，用湍流模型模擬了排氣流動過程。該模擬給出了無油渦旋壓縮機(jī)壓縮腔內(nèi)不同軸向截面內(nèi)的速度場、不同渦旋轉(zhuǎn)角時(shí)的速度場及包含排氣管在內(nèi)的三維速度場。
　　再將渦旋壓縮機(jī)進(jìn)行幾何簡化，用二維模型研究了壓縮腔內(nèi)部的動態(tài)流動過程?？朔藴u旋壓縮機(jī)壓縮腔幾何形狀復(fù)雜的困難，獲

4、得了適合渦旋壓縮機(jī)內(nèi)流場仿真的網(wǎng)格形式。該模擬采用了基于局部彈性變形與網(wǎng)格重劃的CFD動網(wǎng)格技術(shù)，以理想氣體為工作介質(zhì)，滿足流體控制方程及氣體狀態(tài)方程，采用了RNGk-ε湍流模型。該模擬詳細(xì)展示了二維渦旋壓縮機(jī)吸氣、壓縮、排氣過程的壓縮腔內(nèi)壓力、溫度、速度的分布情況，對比了不同轉(zhuǎn)速時(shí)的溫度、壓力、速度的變化規(guī)律。用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了數(shù)值模擬的正確性，保證了結(jié)果的真實(shí)有效。
　　最后，設(shè)計(jì)了渦旋壓縮機(jī)的三維簡化幾何模型，通過網(wǎng)格性能對比

5、獲得了適合三維渦旋壓縮機(jī)內(nèi)流場模擬的三棱柱網(wǎng)格，利用動網(wǎng)格技術(shù)及交界面技術(shù)完成了渦旋壓縮機(jī)的三維瞬態(tài)模擬。該模擬形象地揭示了三維渦旋壓縮機(jī)的內(nèi)部流動規(guī)律，給出了溫度、壓力、流速在每個(gè)轉(zhuǎn)角位置的變化過程。與實(shí)驗(yàn)值及二維仿真值進(jìn)行了對比，分析了誤差原因。
　　無油渦旋壓縮機(jī)內(nèi)流場仿真形象地揭示了渦旋壓縮機(jī)的內(nèi)部流動規(guī)律，為深入研究無油渦旋壓縮機(jī)機(jī)理，解決無油渦旋壓縮機(jī)使用壽命短、排氣量難以提高等問題提供了理論參考。同時(shí)，動網(wǎng)格技術(shù)在渦