往复式迷宫密封压缩机气缸系统热机耦合与流场有限元分析

发布时间：2017-03-30 22:08

  本文关键词：往复式迷宫密封压缩机气缸系统热机耦合与流场有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：低温BOG往复式迷宫密封压缩机工作时吸排气温度低、压力大，其气缸与活塞体均承受较大的低温载荷与机械载荷，本文针对沈阳远大压缩机股份有限公司的某型号往复式迷宫密封压缩机进行研究。由于该型号压缩机气缸系统中各零部件的结构较为复杂，导致气缸系统各零部件的热应力与机械应力分布较不均匀，容易发生破坏。因此，，分析和研究该型号压缩机气缸系统零部件的温度载荷与机械强度，特别是热机耦合方面的综合性问题对于提高压缩机的工作稳定性、工作效率、以及经济性都具有重要的意义。 本文首先介绍了CAE技术在压缩机领域中的相关应用以及热机耦合数值分析技术和CFD技术在压缩机分析中的应用。论述了压缩机气缸和活塞体的在传热及热应力方面的基本理论、方程及有限元分析的求解方法。 本文中间部分采用有限元分析方法分别对压缩机的气缸和活塞体进行温度场、应力场以及热机耦合三个方面分析。在有限元分析过程中，根据相关资料建立气缸与活塞体三维模型，导入ANSYS软件并进行网格划分，根据相关经验公式并结合具体工况参数，确定边界条件，进行有限元分析。 最后，本文应用CFD软件FLUENT对气体压缩过程中的温度和压力进行数值模拟分析。在模拟分析过程中，讨论了流场数值模拟分析的流程，重点对流体流动的相关控制方程进行论述，并通过运用动网格技术对气缸内气体的温度与压力随曲柄转角转动的变化过程进行全面求解。
【关键词】：气缸 活塞体 有限元 热机耦合 CFD
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH457
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的目的及意义11-12
• 1.2 热机耦合数值分析技术12-14
• 1.2.1 热机耦合方法的分类12
• 1.2.2 热机耦合分析技术国内外发展概况12-14
• 1.3 CFD 辅助工程的应用14-16
• 1.3.1 CFD 辅助工程14-15
• 1.3.2 CFD 辅助工程的发展概况15-16
• 1.4 课题的主要研究内容16-17
• 第二章 压缩机气缸及活塞体热负荷分析模型及研究方法17-25
• 2.1 压缩机气缸及活塞体的传热模型17-19
• 2.1.1 传热分析的理论基础17-18
• 2.1.2 导热微分方程18-19
• 2.2 压缩机气缸及活塞体的热应力基本方程和定解条件19-22
• 2.2.1 热弹性问题的基本方程19-20
• 2.2.2 热弹性问题的边界条件20-21
• 2.2.3 导热问题的有限元分析理论21-22
• 2.3 压缩机气缸及活塞体热负荷分析的有限元方法22-23
• 2.3.1 有限元分析方法概述22
• 2.3.2 有限元分析方法基本求解过程22-23
• 2.4 几何建模软件及有限元分析工具23-24
• 2.4.1 几何建模软件23
• 2.4.2 有限元分析软件23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第三章 气缸应力与应变的有限元分析25-39
• 3.1 气缸的建模及网格处理25-27
• 3.1.1 气缸体的几何模型25-26
• 3.1.2 气缸体的网格划分26-27
• 3.2 气缸热机耦合分析的边界条件27-31
• 3.2.1 计算气缸体的热边界条件27-30
• 3.2.2 气缸的工作载荷及位移约束30-31
• 3.2.3 气缸的材料特性31
• 3.3 气缸的稳态温度场及热应力计算31-35
• 3.3.1 标准工况下气缸的稳态温度场分布31-33
• 3.3.2 标准工况下气缸的热应力与热变形33-35
• 3.4 机械载荷作用下气缸的应力与应变分析35-37
• 3.4.1 机械载荷作用下气缸的应力分布35-36
• 3.4.2 机械载荷作用下气缸的应变36-37
• 3.5 气缸的复合应力与应变分析37-38
• 3.5.1 复合载荷作用下气缸的应力分布37-38
• 3.5.2 气缸在综合应力作用下的变形量分布与分析38
• 3.6 本章小结38-39
• 第四章 活塞体应力与应变的有限元分析39-56
• 4.1 活塞体的建模及网格处理39-41
• 4.1.1 活塞体几何模型构建39-40
• 4.1.2 活塞体网格划分40-41
• 4.2 活塞体边界条件41-48
• 4.2.1 活塞体接触问题的处理41-42
• 4.2.2 计算活塞体的热边界条件42-44
• 4.2.3 活塞的材料特性44
• 4.2.4 气缸的机械载荷及位移约束44-48
• 4.3 活塞的温度场及热应力计算48-51
• 4.3.1 标准工况下活塞的温度场及热通率48-50
• 4.3.2 温度载荷作用下活塞的热应力及热变形50-51
• 4.4 活塞的机械应力与应变51-53
• 4.4.1 机械载荷作用下活塞体的应力分布51-52
• 4.4.2 机械载荷作用下活塞体的应变52-53
• 4.5 复合载荷作用下活塞体的应力与应变53-55
• 4.5.1 复合载荷作用下活塞体的应力分布53-54
• 4.5.2 复合载荷作用下活塞体的应变54-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 气体压缩过程数值模拟分析56-73
• 5.1 几何模型的构造56-57
• 5.2 气缸内流场数值模拟分析流程57-61
• 5.2.1 求解步骤57-58
• 5.2.2 流体流动的控制方程58-59
• 5.2.3 标准 k 模型的控制方程组59-60
• 5.2.4 动网格守恒方程60-61
• 5.2.5 计算方法61
• 5.3 网格划分61-64
• 5.3.1 网格的划分及边界条件61-62
• 5.3.2 动网格的划分62-64
• 5.4 气体压缩过程的数值模拟分析64-72
• 5.4.1 气体压缩过程中缸内压力变化规律64-67
• 5.4.2 气体压缩过程中缸内平均压力变化规律67-68
• 5.4.3 气体压缩过程中温度变化规律68-71
• 5.4.4 气体压缩过程中缸内平均温度变化规律71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 结论73-75
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-77
• 在学研究成果77-78
• 致谢78

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李芳,罗新民,李殿凯;膜沸腾阶段对竖直淬火件轴向硬度的影响[J];兵器材料科学与工程;2005年02期

2 钱可元;刘洪涛;罗毅;;热阻网络法在半导体照明光源热分析中的应用[J];半导体光电;2011年02期

3 白义奎;李天来;张文基;;日光温室地基温度场数学模型及试验分析[J];北方园艺;2010年13期

4 何仁;赵万忠;胡青训;;永磁式缓速器转子鼓瞬态温度场的计算方法[J];兵工学报;2007年01期

5 谷玉海;孟玲霞;徐小力;;智能化多通道风速测量仪器研究[J];北京信息科技大学学报(自然科学版);2011年04期

6 郑力铭;吴大方;王岳武;高镇同;;金属蜂窝板高温环境下的隔热性能试验与计算[J];北京航空航天大学学报;2012年06期

7 蒋剑良;MEMS多层悬梁微执行器的电-热分析模型研究[J];北京理工大学学报;2005年06期

8 赏国锋;周先桃;刘海峰;潘家祯;;金属传热面上的化学腐蚀和表面微尺度的研究[J];表面技术;2010年01期

9 徐志祥;叶志文;胡毅亭;刘大斌;卫延安;;基于有限元分析的泵送过程螺杆泵受热研究[J];爆破器材;2009年06期

10 黄菲菲;吕森;;功率变换器肋片散热器的理论分析与优化设计[J];变频器世界;2012年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 吴鹏松;吴朝野;周东华;;适应性非线性前馈控制系统在钢轨热处理中的应用研究[A];中国计量协会冶金分会2012年会暨能源计量与节能降耗经验交流会论文集[C];2012年

2 赵宇;王兵;;空间光学遥感器电子设备热分析应用[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年

3 赏国锋;沈国清;;海水淡化膜蒸馏装置传热表面的处理[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

4 刘肖;伞海生;陈旭远;;固支梁结构的电容式RF MEMS开关的机电耦合模拟[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年

5 束瑛;;大型有源相控阵雷达天线阵面风冷优化设计[A];中国电子学会电子机械工程分会2009年机械电子学学术会议论文集[C];2009年

6 吴巍;牛军燕;沈春燕;;基于ANSYS的自动换刀机械手的有限元分析[A];全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2010年

7 林冰;金晓飞;孙鹏程;吴聚龙;冯国军;;南京南站屋盖网架露天施工日照温度场研究[A];第四届全国钢结构工程技术交流会论文集[C];2012年

8 宋蓓莉;杨电;赵先明;徐红春;;热分布对XFP模块寿命的影响研究[A];第十八届十三省市光学学术会议论文集[C];2010年

9 吴鹏松;吴朝野;周东华;;钢轨在线热处理自适应逆控制系统研究[A];冶金企业自动化、信息化与创新——全国冶金自动化信息网建网30周年论文集[C];2007年

10 袁国;王国栋;王昭东;王黎筠;;热轧钢板高强度均匀化冷却技术的研究与应用[A];第七届(2009)中国钢铁年会大会论文集(中)[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年

2 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年

3 祝红梅;医疗废物中典型组分的热解焚烧特性及回转式流化冷渣三段焚烧系统的数值模拟[D];浙江大学;2009年

4 齐平;夹河矿HEMS深井降温系统热能交换分析[D];中国矿业大学（北京）;2011年

5 谢方伟;温度场及变形界面对液粘传动特性影响规律的研究[D];中国矿业大学;2010年

6 吴玉国;冷热原油顺序输送技术研究[D];中国石油大学;2010年

7 徐慧宁;流体加热道路融雪系统温—湿耦合融雪模型及仿真分析[D];哈尔滨工业大学;2011年

8 汪洪峰;7022铝合金搅拌摩擦连接工艺及后续铣削变形研究[D];南京航空航天大学;2011年

9 靳冬欢;连续波HF化学激光器环柱型增益发生器研究[D];国防科学技术大学;2011年

10 刘源l

本文编号：278186