本文選題：計算流體力學(xué) + 熱力學(xué)��； 參考：《南昌大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：渦旋壓縮機沒有往復(fù)運動機構(gòu),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(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(dǎo)渦旋壓縮機的設(shè)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(xué)理論和計算流體力學(xué)方法研究了渦旋壓縮機的內(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(shè)計提供參考。 本文首先介紹了無油渦旋壓縮機的結(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(xué)仿真模型,并用實驗驗證了該數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。 然后通過分析渦旋壓縮機流場模擬的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計算方法,將渦旋壓縮機排氣過程視為準(zhǔn)靜態(tài)過程,用計算流體力學(xué)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(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(fù)雜的困難,獲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(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RNG κ-ε湍流模型。該模擬詳細(xì)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(shè)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(shù)及交界面技術(shù)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(shù)在渦旋壓縮機內(nèi)流場動態(tài)模擬中的應(yīng)用,探索了計算流體力學(xué)技術(shù)應(yīng)用的一個新領(lǐng)域,拓寬了動網(wǎng)格技術(shù)的工程應(yīng)用范圍。
[Abstract]:Scroll compressor has no reciprocating mechanism , small volume , light weight and less wearing parts . It is one of the main developing directions of high performance compressor .


In this paper , the structure and working principle of the oil - free scroll compressor are introduced . Based on the geometry of the compression cavity , the volume change process and the thermodynamic working process of the compression chamber of the oil - free scroll compressor are analyzed by using the laws of mass conservation and energy conservation , and a practical thermodynamic simulation model for the oil - free scroll compressor is established , and the accuracy of the mathematical model is verified by experiments .


The exhaust process of scroll compressor is regarded as quasi - static process by analyzing the mathematical model and numerical calculation method of the flow field simulation of scroll compressor . The reasonable exhaust process geometry model is selected to test the independence of the grid , and the exhaust flow process is simulated by using the turbulence model . The simulation gives the velocity field in different axial sections in the compression cavity of the oil - free scroll compressor , the velocity field at different swirl angles and the three - dimensional velocity field including the exhaust pipe .


In this paper , the dynamic flow process inside the compression chamber is studied by using two - dimensional model , and the dynamic flow process in the compression chamber is studied by using the two - dimensional model .


In the end , the three - dimensional simplified geometric model of scroll compressor is designed , and the three - dimensional transient simulation of scroll compressor is obtained by grid performance comparison . The three - dimensional transient simulation of scroll compressor is accomplished by dynamic grid technique and interface technology .


In this paper , the internal flow law of scroll compressor is revealed by the flow field simulation in the oil - free scroll compressor , which provides a theoretical reference for deeply studying the mechanism of oil - free scroll compressor , and solves the problems of short service life and difficulty in air displacement of the oil - free scroll compressor .
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TH45

【參考文獻】

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8 劉振全,曹霞;任意實數(shù)圈渦旋壓縮機的幾何分析[J];甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報;1998年03期

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本文編號：2110382