涡旋压缩机的流固耦合分析

发布时间：2017-05-31 12:06

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【摘要】：涡旋压缩机在正常的工作状态下动涡旋盘做平动公转圆周运动,从而和静涡旋盘之间不断啮合使得动静涡旋盘之间的体积变化使得气体实现压缩。因此对运动过程中内部流体变化以及动静盘在流体变化下的变形情况研究也是十分重要的。本文所研究的项目是国家自然科学基金支持下的项目(项目编号:51375515),研究的目的在于通过以通用涡旋型线为基础而设计的涡旋压缩机模型研究其在工作过程中内部流体的流场变化情况。以及研究在内部流场耦合的作用下的涡旋压缩机的涡旋盘的应力应变分析以及温度的分布情况。本文主要研究有以下几部分:(1)在文章的第一部分对通用型线的原理做出了详细的推导。在通用型线的向量表达式的基础上对涡旋型线的性能参数和结构参数进行了总结。在MATLAB工具包内对基于向量形式的表示形式进行涡旋型线的编程设计。对GUI简单介绍了生成的性能参数。利用MATLAB工具包编辑的程序生成型线,将型线数据导入三维建模软件建立对比实际压缩机的模型。在建立的三维模型中进行运动仿真,研究压缩机的内部运动规律。利用实际测试实际模型的各项物理参数的作为流体分析部分的边界条件。(2)在流体部分分析了四个不同角度时刻的流场的压力和温度的分布情况,分析了涡旋压缩机整体的三维模型以及平面的压力和温度的变化情况。(3)利用流体计算的数据对动涡旋盘进行了耦合计算。主要针对动涡旋盘的应力和应变进行研究。利用ANSYS软件的数据链接功能分别针对不同的角度假设了3种受力情况对动涡旋盘进行了应力应变分析。分别是只承受温度载荷、只承受气体压力载荷以及承受温度和气体压力合力的载荷的情况下分析对比动涡旋盘的应力应变情况。(4)在对动涡旋盘的温度温度分布研究,同样采用流体数据对压缩机内部每转动90度进行耦合分析。
【关键词】：涡旋压缩机 GUI 边界条件 流场分析 应力应变 温度分布
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 论文研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 新方向13-15
• 1.4 本文研究的目的和内容15-16
• 1.5 本文研究的创新点以及技术路线16
• 1.6 本章小结16-18
• 2 通用涡旋曲线的基本原理18-30
• 2.1 通用涡旋曲线的坐标变换18-21
• 2.2 通用涡旋型线的泛函表达式21-23
• 2.3 动静涡盘啮合时的几何特征及性能23-24
• 2.4 通用涡旋曲线的反求原理24-28
• 2.4.1 引入插值函数24-26
• 2.4.2 建立角度和点的解析式26-27
• 2.4.3 引入矩阵求解系数27
• 2.4.4 利用迭代求解方程27-28
• 2.4.5 示例28
• 2.5 本章小结28-30
• 3 涡旋压缩机的型线GUI设计及模型仿真30-40
• 3.1 涡旋压缩机GUI程序设计30-34
• 3.2 涡旋盘模拟运动仿真34-38
• 3.2.1 涡旋压缩机的原理35
• 3.2.2 MATLAB绘制型线图35
• 3.2.3 涡旋压缩机机构模型35-36
• 3.2.4 三维实体参数化建模36-37
• 3.2.5 运动仿真37-38
• 3.3 本章小结38-40
• 4 涡旋压缩机传热模型及流体控制方程40-48
• 4.1 涡旋压缩机热力特性40-46
• 4.1.1 涡旋压缩机传热过程和热力学基本方程40-41
• 4.1.2 CFD的基本原理41-45
• 4.1.3 控制方程组的求解方法45-46
• 4.2 本章小结46-48
• 5 ANSYS Workbench软件介绍及测定边界条件48-58
• 5.1 ANSYS软件48-53
• 5.1.1 ANSYS中workbench的介绍48-50
• 5.1.2 ANSYS中流固耦合实现的简述50-52
• 5.1.3 Fluent软件中边界条件的设定52-53
• 5.2 涡旋压缩机流固耦合分析模型边界条件测定53-57
• 5.2.1 试验控制及测量参数53-54
• 5.2.2 主要技术指标54
• 5.2.3 试验原理54-55
• 5.2.4 试验前准备事项55
• 5.2.5 试验操作步骤55-56
• 5.2.6 试验结果56-57
• 5.3 本章小结57-58
• 6 涡旋压缩机的流固耦合仿真模拟58-74
• 6.1 涡旋压缩机流体分析58-63
• 6.1.1 理论分析模型58
• 6.1.2 耦合方法58-59
• 6.1.3 网格划分59
• 6.1.4 数值模拟59-60
• 6.1.5 动网格60-61
• 6.1.6 计算结果及分析61-63
• 6.2 动涡旋盘在耦合作用下变形情况分析63-72
• 6.2.1 进行耦合分析的前处理63-64
• 6.2.2 耦合作用下动涡旋盘的应力应变分析64-71
• 6.2.3 热耦合作用下动涡旋盘的温度分析71-72
• 6.3 本章小结72-74
• 7 结论与展望74-76
• 7.1 研究结论74-75
• 7.2 展望75-76
• 致谢76-78
• 参考文献78-81
• 附录81

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本文编号：409406