無油渦旋壓縮機腔內(nèi)流場建模仿真及實驗研究.pdf

1、渦旋壓縮機沒有往復運動機構，體積小、重量輕、易損件少，在中小容量的壓縮機中具有很大的性能優(yōu)勢，是高性能壓縮機的主要發(fā)展方向之一。無油渦旋壓縮機在結(jié)構上排除了工作介質(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制造尚存在困難。為了深入了解渦旋壓縮機的運行機理，從原理上指導渦旋壓縮機的設計，分析無油渦旋壓縮機的內(nèi)部流動過程顯得非常重要。本課題運用熱力學理論和計算流體力學方法研究了渦旋壓縮機的

2、內(nèi)部流動過程，獲得了渦旋壓縮機壓縮腔內(nèi)壓力、溫度、流速的瞬態(tài)分布，為高性能渦旋壓縮機的設計提供參考。
　　本文首先介紹了無油渦旋壓縮機的結(jié)構和工作原理，根據(jù)壓縮腔的幾何形狀，將熱力學和傳熱學作為理論基礎，用質(zhì)量守恒和能量守恒等定律，分析了無油渦旋壓縮機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的實用熱力學仿真模型，并用實驗驗證了該數(shù)學模型的準確性。
　　然后通過分

3、析渦旋壓縮機流場模擬的數(shù)學模型和數(shù)值計算方法，將渦旋壓縮機排氣過程視為準靜態(tài)過程，用計算流體力學的穩(wěn)態(tài)方法來分析渦旋壓縮機。選定了合理的排氣過程幾何模型，檢驗了網(wǎng)格的無關性，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。
　　再將渦旋壓縮機進行幾何簡化，用二維模型研究了壓縮腔內(nèi)部的動態(tài)流動過程。克服了渦旋壓縮機壓縮腔幾何形狀復雜的困難，獲

4、得了適合渦旋壓縮機內(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，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。該模擬詳細展示了二維渦旋壓縮機吸氣、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)速時的溫度、壓力、速度的變化規(guī)律。用實驗數(shù)據(jù)驗證了數(shù)值模擬的正確性，保證了結(jié)果的真實有效。
　　最后，設計了渦旋壓縮機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內(nèi)流場模擬的三棱柱網(wǎng)格，利用動網(wǎng)格技術及交界面技術完成了渦旋壓縮機的三維瞬態(tài)模擬。該模擬形象地揭示了三維渦旋壓縮機的內(nèi)部流動規(guī)律，給出了溫度、壓力、流速在每個轉(zhuǎn)角位置的變化過程。與實驗值及二維仿真值進行了對比，分析了誤差原因。
　　無油渦旋壓縮機內(nèi)流場仿真形象地揭示了渦旋壓縮機的內(nèi)部流動規(guī)律，為深入研究無油渦旋壓縮機機理，解決無油渦旋壓縮機使用壽命短、排氣量難以提高等問題提供了理論參考。同時，動網(wǎng)格技術在渦