蒸汽壓縮式熱泵作為空間熱控制系統(tǒng)對未來航天有著重大的意義,而蒸汽壓縮式熱泵的核心部件之一是壓縮機。為了探究重力對壓縮機氣液分離器回油特性的影響,對常重力和微重力環(huán)境下回油進行分析并開展數(shù)值模擬。建立了氣液分離器的數(shù)學(xué)模型,并利用Fluent軟件對其內(nèi)部的氣-油混合物進行了數(shù)值模擬,探討了重力對潤滑油相分布的影響以及潤滑油量和速度對在微重力下流場的影響。數(shù)值模擬的結(jié)果表明,當(dāng)壓縮機入口速度大于10 m/s或重力加速度小于0.04 m/s²時,制冷劑和潤滑油的混合物可平穩(wěn)回流。盡管微重力下氣液分離器可以正常運行,但是會使大量潤滑油進入壓縮室,造成壓縮惡化,嚴重影響壓縮機的性能,后續(xù)會針對微重力下潤滑油大量進入壓縮室造成的壓縮惡化對壓縮機進行微重力適應(yīng)性改造。 

【文章來源】：科學(xué)技術(shù)與工程. 2020年25期 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)采用的是美國Aspen Thermal公司研制的微型滾動轉(zhuǎn)子壓縮機,如圖1所示。該壓縮機轉(zhuǎn)速在1 800～6 500 r/min內(nèi)可調(diào),通過調(diào)節(jié)壓縮機的轉(zhuǎn)速,蒸發(fā)溫度在-18～24 ℃內(nèi)變化,冷凝溫度在27～71 ℃內(nèi)變化,可以實現(xiàn)100～560 W的排熱量,能夠滿足航天蒸氣壓縮熱泵的要求。壓縮機直徑約5.33 cm,長7.44 cm,質(zhì)量為0.59 kg。該壓縮機采用全封閉結(jié)構(gòu),通過高性能無刷電機驅(qū)動,具有很多優(yōu)點,比如體積小、重量輕、能耗低、振動小、控制精確等。壓縮機的結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)系統(tǒng)開始運行,來自蒸發(fā)器的制冷劑氣體和潤滑油混合物通過氣液分離器。由于重力的作用,潤滑油會沉積在氣液分離器中,而制冷劑氣體則回到壓縮機的汽缸。經(jīng)過壓縮機壓縮后,制冷劑氣體通過排氣閥進入消聲器,通過電機周圍的空間冷卻電動機后,制冷劑氣體會從排氣管排出并進入冷凝器。此時機殼內(nèi)呈現(xiàn)高壓狀態(tài),因為里面充滿了被壓縮的氣體。壓縮機箱體底部沉積著潤滑油,且有一部分壓縮機機體浸泡在潤滑油中。一方面,潤滑油靠機殼與工作腔內(nèi)的壓力差,完成工作腔內(nèi)各部件的潤滑;另一方面,主軸承及其他部件依賴扭轉(zhuǎn)葉片的離心力潤滑。當(dāng)偏心輪軸轉(zhuǎn)動時,下端的孔與扭曲葉片的離心力帶動下端機殼底部的潤滑油,潤滑油順著偏心軸內(nèi)部的流道流到主軸承等部位潤滑。

現(xiàn)所模擬研究的是簡化的二維氣液分離器,它的軸向長度為32 mm,徑向直徑為31 mm。氣液分離器的計算區(qū)域如圖3所示。氣液分離器的流場邊界條件為:速度入口邊界;給定的入口速度和含油量;出口邊界條件被設(shè)為流出;考慮重力加速度g的影響;使用混合兩相流模型;采用k-ε紊流模型;假設(shè)穩(wěn)定計算并將計算的殘差收斂設(shè)為10-3;迭代次數(shù)設(shè)置為5 000次。所有計算結(jié)果均達到收斂。


本文編號：2917413