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棱杆式压缩机结构设计及动态流场仿真

钟儒敏  
【摘要】: 随着国民经济的高速发展,工业得到大力发展,压缩机作为国民经济大力发展的重大技术装备的配套产品,被广泛应用于各个行业中。由于空气是一种重要的动力源,有着无污染,输送方便等特点,所以近年来空气压缩机被广泛应用于机械、冶金、电子电力、医药、包装、化工、食品、采矿、纺织、交通等众多工业领域。空气压缩机是把空气通过相关的设备进行能量转化,将机械能转为动能。 由于空气压缩机的大量运用,人们开始广泛的关注压缩机腔内的空气流动情况以便更好地了解压缩机的内部运行状况。由于腔体封闭,空间狭小,而且流体介质为空气,所以很难追踪到气体的实际运动情况,单靠试验的测量很难得到实际运转工况的相关数据。随着计算机的发展,通过建立实际的数学模型,模拟空气压缩机的瞬时工作过程可以弥补试验研究的不足。通过数值模拟的方法可以很清楚地记录空气的进气过程、压缩过程、排气过程气流的运动情况。 本文在双螺杆式压缩机结构的基础上,针对其缺点对其型线和结构进行全新设计,使得型线和结构的布置更加合理,效率更高。运用CATIA软件建立了棱杆式空气压缩机几何模型,运用计算流体动力学(CFD) Fluent软件的动网格技术,选取合适的计算模型和方法,模拟了它的进气流动、压缩气体的流动和排气过程的气体流动。得到了不同运转时刻(及不同运动位置)的瞬态的压力场、温度场、密度场以及速度场等分布情况。对不同转速下的同一运转位置的压力场、温度场、密度场以及速度场进行对比得出随着转子转速的增加,腔内的气流速度、压强、温度都会随着增大,出口压强也随着转速的提高而增大。 动网格技术针对计算区域的几何形状随时间变化的流体动力学进行瞬时动态模拟,可以捕捉到棱杆式空气压缩机流场瞬时变化规律,特别是在分析腔体内涡流的形成,运动,合并等气流特性时能够更好地体现。基于Fluent动网格技术可以为设计的改进提供理论依据,并且可以缩短设计的周期。


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