重力对压缩机气液分离器回油影响分析及数值模拟

发布时间：2020-12-15 01:47

　　蒸汽压缩式热泵作为空间热控制系统对未来航天有着重大的意义,而蒸汽压缩式热泵的核心部件之一是压缩机。为了探究重力对压缩机气液分离器回油特性的影响,对常重力和微重力环境下回油进行分析并开展数值模拟。建立了气液分离器的数学模型,并利用Fluent软件对其内部的气-油混合物进行了数值模拟,探讨了重力对润滑油相分布的影响以及润滑油量和速度对在微重力下流场的影响。数值模拟的结果表明,当压缩机入口速度大于10 m/s或重力加速度小于0.04 m/s²时,制冷剂和润滑油的混合物可平稳回流。尽管微重力下气液分离器可以正常运行,但是会使大量润滑油进入压缩室,造成压缩恶化,严重影响压缩机的性能,后续会针对微重力下润滑油大量进入压缩室造成的压缩恶化对压缩机进行微重力适应性改造。 

【文章来源】：科学技术与工程. 2020年25期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

压缩机结构示意图

现采用的是美国Aspen Thermal公司研制的微型滚动转子压缩机,如图1所示。该压缩机转速在1 800～6 500 r/min内可调,通过调节压缩机的转速,蒸发温度在-18～24 ℃内变化,冷凝温度在27～71 ℃内变化,可以实现100～560 W的排热量,能够满足航天蒸气压缩热泵的要求。压缩机直径约5.33 cm,长7.44 cm,质量为0.59 kg。该压缩机采用全封闭结构,通过高性能无刷电机驱动,具有很多优点,比如体积小、重量轻、能耗低、振动小、控制精确等。压缩机的结构如图2所示。当系统开始运行,来自蒸发器的制冷剂气体和润滑油混合物通过气液分离器。由于重力的作用,润滑油会沉积在气液分离器中,而制冷剂气体则回到压缩机的汽缸。经过压缩机压缩后,制冷剂气体通过排气阀进入消声器,通过电机周围的空间冷却电动机后,制冷剂气体会从排气管排出并进入冷凝器。此时机壳内呈现高压状态,因为里面充满了被压缩的气体。压缩机箱体底部沉积着润滑油,且有一部分压缩机机体浸泡在润滑油中。一方面,润滑油靠机壳与工作腔内的压力差,完成工作腔内各部件的润滑;另一方面,主轴承及其他部件依赖扭转叶片的离心力润滑。当偏心轮轴转动时,下端的孔与扭曲叶片的离心力带动下端机壳底部的润滑油,润滑油顺着偏心轴内部的流道流到主轴承等部位润滑。

现所模拟研究的是简化的二维气液分离器,它的轴向长度为32 mm,径向直径为31 mm。气液分离器的计算区域如图3所示。气液分离器的流场边界条件为:速度入口边界;给定的入口速度和含油量;出口边界条件被设为流出;考虑重力加速度g的影响;使用混合两相流模型;采用k-ε紊流模型;假设稳定计算并将计算的残差收敛设为10-3;迭代次数设置为5 000次。所有计算结果均达到收敛。


本文编号：2917413