往复式压缩机工作过程模拟计算及试验研究

发布时间：2017-08-14 01:09

  本文关键词：往复式压缩机工作过程模拟计算及试验研究

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【摘要】：往复式压缩机在市场上占据着重要的地位，同时消耗的能源也非常巨大。压缩机在运行过程中，不可避免的会产生能量损失，所以研究压缩机气缸内部热力工作过程，对节约能耗、改进工作性能有重大意义。 本文针对往复式压缩机的工作过程，研究压缩机气缸内流场变化规律，建立缸内气体运动参数变化的数学模型。总结气缸内热力过程主要包括能量守恒方程和质量守恒方程，并与阀片的运动方程进行耦合计算，结合阀片开启和关闭条件、气体传热方程等，联立求解得到压缩机示功图以及阀片运动规律。 对缸内气体进行CFD仿真研究，将气缸作为控制容积建立模型，对模型划分网格并设置活塞动网格事件，，对缸内气体的瞬时参数包括速度场、压力场、平均湍动能、平均质量等变化进行研究，得到了缸内气体流动状态随压比、转速等工况变化的规律。 搭建压缩机试验台进行实验研究，主要是对气体热力学参数变化的检测。试验台通过Labview平台开发了测试软件，对容积式压缩机运行过程中测得的转速、温度、压力、流量、功率等热力参数进行计算处理，获得压缩机工作过程指示图（p-V图），用以观察压缩机运行状态并验证数值模拟结果。 对比实验与仿真得到的宏观性能结果，输气量误差为10.4%。对比实际与理论p-V图，得到进排气过程的功率损失约占实际功率的10%。随着压比和转速的增加，进排气过程的阻力损失增大，进气量减少，气体的平均湍动能和速度升高，容积效率和绝热效率都呈现下降趋势。当压比从2.2增加到3.2时，容积效率从0.82下降到0.73，而绝热效率则从0.72下降到0.67。在气缸工作时，进气阀下方接近活塞位置压力较高，活塞环负荷较大，容易产生泄露。在曲轴转角295°CA时，温度达到最高435.7K。在转角275°CA（即活塞距离下止点0.0578m）之后，气体温度达到400K，建议增加滑油等冷却手段。
【关键词】：往复式压缩机 仿真 流场 效率 实验验证
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.1.1 往复式压缩机概述9-10
• 1.1.2 课题研究的意义10-11
• 1.2 课题的研究现状与发展方向11-14
• 1.2.1 国内外的研究现状11-13
• 1.2.2 往复式压缩机的研究方向13-14
• 1.2.3 影响往复式压缩机性能的因素14
• 1.3 本文主要工作14-17
• 第2章 往复式压缩机气缸内部热力模型17-29
• 2.1 概述17-18
• 2.2 建立方程18-27
• 2.2.1 能量守恒方程19-20
• 2.2.2 质量守恒方程20-22
• 2.2.3 气阀运动方程22-24
• 2.2.4 缸内气体传热模型24-25
• 2.2.5 缸内气体容积方程25-26
• 2.2.6 实际气体状态方程26-27
• 2.2.7 建立方程组27
• 2.3 数学模型的求解27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 往复式压缩机气缸流场研究29-49
• 3.1 CFD 流体计算理论基础29-33
• 3.1.1 计算流体力学概述29-30
• 3.1.2 CFD 的基本控制方程30-32
• 3.1.3 CFD 的模拟求解过程32-33
• 3.2 缸内流体的 CFD 仿真33-40
• 3.2.1 活塞压缩机缸内流场的基本特性33-34
• 3.2.2 建立几何模型34-35
• 3.2.3 划分网格35-37
• 3.2.4 确定数值计算的模型和边界条件37-40
• 3.3 流场模拟结果与分析40-48
• 3.3.1 缸内流体的速度矢量图分析41-45
• 3.3.2 缸内流体的压力变化分析45-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第4章 往复式压缩机热力过程的实验测试49-59
• 4.1 实验主要研究内容49
• 4.2 压缩机内部热力过程试验台49-53
• 4.2.1 试验台原理49-50
• 4.2.2 试验台主要设备50-53
• 4.3 试验台数据采集处理系统53-54
• 4.3.1 压缩机动态数据的采集原理53
• 4.3.2 测试软件的开发53-54
• 4.4 测试方案54-57
• 4.4.1 压缩机效率测试54-55
• 4.4.2 p-V 图测试55-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第5章 模拟计算验证与结果分析59-71
• 5.1 压缩机的工作性能与仿真结果对比59-61
• 5.1.1 压缩机效率随压比的变化规律59-60
• 5.1.2 压缩机效率随转速的变化规律60
• 5.1.3 实验与仿真结果对比60-61
• 5.2 压缩机内部热力过程对比分析61-64
• 5.2.1 压缩机的实际 p-V 图与模拟 p-V 图对比61-62
• 5.2.2 排气阀片的运动分析62-63
• 5.2.3 压缩机排气压力与阀片位移对比63-64
• 5.3 气缸瞬时参数分析64-69
• 5.3.1 缸内气体平均压力变化分析64-66
• 5.3.2 缸内气体平均温度变化分析66
• 5.3.3 缸内气体平均速度变化分析66-67
• 5.3.4 缸内气体平均湍动能变化分析67
• 5.3.5 缸内气体质量变化分析67-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第6章 总结与展望71-73
• 6.1 总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 攻读硕士学位期间的研究成果79

【参考文献】

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1 宋烨;制冷压缩机的现状与发展趋势[J];长沙航空职业技术学院学报;2004年01期

本文编号：669934