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涡旋压缩机压缩腔内部流场的模拟分析

罗辉  
【摘要】: 涡旋压缩机是一种新型的容积式压缩机,以其效率高、体积小、质量轻、噪音低、结构简单且运转平稳等特点,被广泛应用于空调制冷、动力工程、交通运输等领域。 涡旋压缩机的热力学特性是其工作的基础,是影响结构构造的重要因素。本文首先研究了涡旋压缩机的热力特性,并依据热力学第一定律和质量守恒定律,对涡旋压缩机的压缩腔体的热力状态进行了分析和探讨。建立了涡旋压缩机的传热模型和泄漏模型,综合考虑了吸气、压缩、泄漏、排气等各个因素对压缩机工作过程的影响,建立了基于实际传热模型基础上的涡旋压缩机的数学模型。作用在动涡盘上的气体力直接影响着涡旋压缩机的容积效率和机械效率,因而本文也对涡旋压缩机的动力特性进行了探讨,这对涡旋压缩机的参数优化设计、提高机械效率和运动可靠性具有重要的理论意义和现实意义。 涡旋压缩机型线研究是涡旋压缩机研究的一个重要课题,它不仅涉及到性能,而且会对加工成本造成很大的影响。本文对涡旋压缩机型线的型线方程、行程容积、型线长度与曲率等公式进行了详细的推导,为正确设计涡旋压缩机,建立型线数学模型奠定了基础。通过常用简单型线不同表达形式的对比,得出了其相互之间的对应关系。通过由简单型线连接成的常用组合型线的分析,得到其容积变化率的变化特性和型线的过渡特性。 目前关于涡旋型线的研究,大多数文献还主要集中于动力学、热力学理论性的分析计算,而对涡旋压缩机内部流场的研究较少。本文运用Fluent软件,采用标准k-ε湍流模型,利用SIMPLE算法并结合改进的壁面函数法对圆的渐开线、圆的渐开线-圆弧-圆的渐开线两种基本型线的压缩腔内部流场进行了模拟,根据模拟后处理的结果对流体流动的速度、温度和压力做了分析比较,结果表明型线的不同对流场分布有较大影响,这为深入研究涡旋型线对压缩机性能的影响和工程实际应用提供理论参考。


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