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發(fā)布日期:2017-07-31 來(lái)源: 本網(wǎng) 查看次數(shù): 19569 

核心提示:  設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)模擬分析滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的瞬態(tài)流動(dòng)黃思,楊國(guó)蟒,蘇麗娟(華南理工大學(xué),廣東廣州510640)性變形與網(wǎng)格重組的CD動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),對(duì)制冷型滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)瞬時(shí)動(dòng)態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬。

  設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)模擬分析滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的瞬態(tài)流動(dòng)黃思,楊國(guó)蟒,蘇麗娟(華南理工大學(xué),廣東廣州510640)性變形與網(wǎng)格重組的CD動(dòng)網(wǎng)格技術(shù),對(duì)制冷型滾動(dòng)轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)瞬時(shí)動(dòng)態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬??梢杂?jì)算壓縮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,湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k一e莫型。計(jì)算得到了壓縮機(jī)主要性能參數(shù)隨時(shí)間變化的諧波規(guī)律。流場(chǎng)分布及壓力分布,觀測(cè)到滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)內(nèi)旋渦生成。運(yùn)動(dòng)。增大或縮小等現(xiàn)象。

  1前言滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)以其體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和噪聲低等特點(diǎn),近年來(lái)廣泛應(yīng)用于空調(diào)、熱泵和冰箱等設(shè)備。其是利用氣缸內(nèi)偏心轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)合滑動(dòng)檔板,使月牙形空腔體積作周期性變化,從而實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣和余隙膨脹的循環(huán)過(guò)程,如所示。

  滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的流動(dòng)傳熱過(guò)程非常復(fù)雜,許多學(xué)者為此做了大量的工作,對(duì)各熱力過(guò)程進(jìn)行了能量分析并建立壓縮機(jī)的傳熱數(shù)學(xué)模型,滑動(dòng)檔板運(yùn)動(dòng)速度近似為:V=e(6)e―轉(zhuǎn)子偏心距,mm取e=w偏心轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n=15ormn旋轉(zhuǎn)周期為T=0.04S選取時(shí)間步長(zhǎng)Afe=000005S設(shè)置進(jìn)出口為壓力邊界條件,環(huán)境溫度及固體邊界溫度設(shè)為恒溫25°C.32計(jì)算域定義及動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置選取中從進(jìn)氣口到排氣口的流動(dòng)空間作為計(jì)算域。由于偏心轉(zhuǎn)子繞軸心O的轉(zhuǎn)動(dòng)與滑動(dòng)檔板沿導(dǎo)向槽的平動(dòng)同步進(jìn)行,計(jì)算域與網(wǎng)格隨時(shí)間的變形和位移都十分顯著,現(xiàn)有的CFD技術(shù)只有動(dòng)網(wǎng)格才能實(shí)現(xiàn)這種狀況下的動(dòng)態(tài)模擬。

  動(dòng)網(wǎng)格的方法是:當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)較小時(shí),轉(zhuǎn)子周圍的網(wǎng)格的每個(gè)邊看成一個(gè)個(gè)彈簧,隨著轉(zhuǎn)子作微小變形;當(dāng)變形較大、轉(zhuǎn)子周圍的網(wǎng)格變形超過(guò)一定的限度時(shí),整體網(wǎng)格需要重組劃分。采用FLUENT流動(dòng)軟件的前處理GabtE計(jì)算域內(nèi)作非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分,如所示。

  計(jì)算域動(dòng)網(wǎng)格隨時(shí)間的變化定義偏心轉(zhuǎn)子和滑動(dòng)檔板為動(dòng)邊界,偏心轉(zhuǎn)動(dòng)大小方向。計(jì)算域的初始網(wǎng)格是比較規(guī)則均勻變形與重組也不斷發(fā)生變化,如(d所示。

  33數(shù)值解法在FLENT中采用有限體積法求解,壓力項(xiàng)用PRESTO!格式離散,擴(kuò)散項(xiàng)用中心差分格式離散,其余項(xiàng)用二階迎風(fēng)格式離散,壓力速度耦合方程采用PIS)算法求解。

  4計(jì)算結(jié)果及分析、4分別給出了壓縮機(jī)進(jìn)氣、排氣口質(zhì)量流量隨時(shí)間的變化曲線。由圖可見,壓縮機(jī)在經(jīng)歷了一段啟動(dòng)時(shí)間喲1/4個(gè)旋轉(zhuǎn)周期)后,氣體質(zhì)量流量在0~015kg范圍內(nèi))隨時(shí)間作規(guī)貝I的周期變化,即流動(dòng)進(jìn)入了相對(duì)穩(wěn)定的階段。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于9=0°位置時(shí),進(jìn)出口質(zhì)量流量值均為0(圖中點(diǎn)1)表明上一循環(huán)排氣結(jié)束,下一循環(huán)吸氣即將開始;當(dāng)轉(zhuǎn)子處于9=90°位置時(shí),壓縮機(jī)同時(shí)進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮和排氣過(guò)程,質(zhì)量流量值達(dá)到*大值的一半(圖中點(diǎn)2)當(dāng)轉(zhuǎn)子處于0=180°位置時(shí),壓縮機(jī)進(jìn)氣和排氣量均達(dá)到*大值(圖中點(diǎn)3)當(dāng)轉(zhuǎn)子處于0=270位置時(shí),壓縮機(jī)完成壓縮,同時(shí)進(jìn)行進(jìn)氣和排氣過(guò)程,進(jìn)出口質(zhì)量流量值達(dá)到*大值的一半中點(diǎn)4)由、4的流量曲線,可計(jì)算出壓縮機(jī)一個(gè)循環(huán)的*大*小質(zhì)量流量差:25kg/范圍內(nèi)變化,吸氣區(qū)(氣缸左側(cè))和排氣管右側(cè)有明顯的旋渦運(yùn)動(dòng)、增大或縮小的現(xiàn)象。從靜壓分布變化看,在一個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)周期內(nèi),所示為壓縮機(jī)吸氣、壓縮、排氣和余隙膨脹的循環(huán)過(guò)程。由于環(huán)境及固體邊界溫度設(shè)為恒溫,計(jì)算得到的壓縮機(jī)的氣體溫差為1~2°C之間,因此可近似看作一個(gè)等溫循環(huán)過(guò)程。

  不同轉(zhuǎn)子位置時(shí)壓縮機(jī)的氣體靜壓分布5結(jié)論應(yīng)用CD動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)實(shí)現(xiàn)了滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)動(dòng)態(tài)流場(chǎng)的數(shù)值模擬,得到了壓縮機(jī)流量值隨時(shí)間變化的諧波規(guī)律;壓縮機(jī)一個(gè)循環(huán)的平均質(zhì)量流量近似等于06倍的峰值差;動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用可以捕捉到滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)吸氣、壓縮、排氣過(guò)程中出現(xiàn)明顯的旋渦,可觀測(cè)到這些旋渦的生成、運(yùn)動(dòng)、增大或縮小的過(guò)程,這些結(jié)果可為滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作提供。

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