涡旋压缩机整场数值模拟及工作特性研究

发布时间：2017-09-12 19:15

  本文关键词：涡旋压缩机整场数值模拟及工作特性研究

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【摘要】：涡旋压缩机作为容积式压缩机,其工作过程是具有移动边界、包含啮合点和多个封闭工作腔同时工作的气体三维非定常可压缩粘性流动过程。在其工作过程中,各工作腔之间的气体泄漏对其气体增压过程影响很大,针对这一问题,首先根据涡旋压缩机型线方程和运动特点,建立了涡旋压缩机包含泄漏的数学模型,对涡旋压缩机工作一个周期内的工作腔容积进行了计算,得到了切向泄漏,径向泄漏及其耦合作用对压缩过程的影响;研究了涡旋压缩机增压热力过程的泄漏流动特性,得到了不同啮合间隙下的气体增压过程的压力和质量的参数变化规律。同时涡旋压缩机工作过程中其状态参数难以用实验测定,为预测工作过程中气体状态参数的变化规律,研究得到了适用于涡旋压缩机流动计算的三维网格划分方法,以及网格在移动过程中其前后网格的生成和合并方法,解决带有啮合点的工作腔现有移动网格的划分方法易于出现容积不协调,动涡旋平动对排气口周期性遮挡导致计算困难的问题。采用动边界和重构网格,建立了涡旋压缩机工作过程中三维非定常数值模拟方法。研究了动静涡旋齿固体设置边界冷源,带有冷却的数值模拟方法,更为接近实际的压缩过程;对涡旋压缩机吸气、压缩和排气工作全过程进行了三维数值模拟,并得到了涡旋压缩机的气体压力场、温度场、速度场以及泄漏场的分布规律,并与理论绝热压缩过程进行对比分析验证。提出了一种基于流场模拟的涡旋齿应力变形分析的研究方法,研究了其工作过程中流动与转子受力之间的单项流固耦合问题,实现将流动模拟得到的压力载荷直接加载到涡旋齿上,能够得到任意工作状态下的受力变形情况。摒弃以往受力边界条件分段加载的缺陷,得到了热载荷,压力载荷及其耦合作用对动静涡旋盘的影响,找到了应力和变形最大点。对预测涡旋压缩机的气体流动和提高涡旋压缩机的设计水平具有较高的参考价值。
【关键词】：涡旋压缩机 泄漏 三维非定常流动 数值模拟 受力分析
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 主要符号表7-12
• 第一章 绪论12-15
• 1.1 课题来源及意义12-14
• 1.2 研究内容及拟解决的关键问题14-15
• 1.2.1 研究内容14
• 1.2.2 拟解决的关键问题14-15
• 第二章 涡旋压缩机技术简介15-23
• 2.1 涡旋压缩机概述15-17
• 2.1.1 涡旋压缩机结构15
• 2.1.2 涡旋压缩机工作过程15-16
• 2.1.3 涡旋压缩机的主要特点16-17
• 2.2 涡旋压缩机仿真模拟研究现状17-19
• 2.2.1 涡旋压缩机数值模拟17-18
• 2.2.2 涡旋压缩机受力分析研究现状18
• 2.2.3 其他回转机械模拟仿真研究现状18-19
• 2.3 泄漏模型研究现状19-23
• 2.3.1 涡旋压缩机整体数学模型19-20
• 2.3.2 涡旋压缩机的切向泄漏研究现状20-21
• 2.3.3 涡旋压缩机径向泄漏研究现状21-22
• 2.3.4 其他类型压缩机的数学模型22-23
• 第三章 涡旋压缩机数学模型23-41
• 3.1 涡旋压缩机型线设计23-26
• 3.1.1 渐开线涡旋型线23-25
• 3.1.2 齿头型线修正25-26
• 3.2 涡旋压缩机几何模型的建立26-29
• 3.2.1 几何模型参数26-27
• 3.2.2 压缩腔吸气过程27-28
• 3.2.3 压缩机压缩过程28
• 3.2.4 压缩机排气过程28
• 3.2.5 几何模型求解28-29
• 3.3 热力学模型的建立29-36
• 3.3.1 基本假设29
• 3.3.2 压缩腔控制容积29-30
• 3.3.3 压缩过程控制方程30-31
• 3.3.4 切向泄漏模型31-34
• 3.3.5 径向泄漏模型34-36
• 3.4 数学模型的求解36-40
• 3.4.1 绝热过程理论计算36-37
• 3.4.2 不同泄漏工况下的结果分析37-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 涡旋压缩机三维流动数值模拟41-61
• 4.1 几何模型41-43
• 4.2 网格无关性的验证43-44
• 4.3 涡旋压缩机压缩腔内部流动分析44-48
• 4.4 涡旋压缩机排气过程流动分析48-51
• 4.5 涡旋压缩机泄漏模拟结果51-54
• 4.5.1 切向泄漏分析51-53
• 4.5.2 径向泄漏分析53-54
• 4.6 带冷却的涡旋压缩机工作过程数值模拟54-56
• 4.7 理论与模拟结果验证分析56-59
• 4.7.1 0.1mm切向啮合间隙工作腔泄漏流量分析56-57
• 4.7.2 0.1mm啮合间隙工作腔内质量变化分析57
• 4.7.3 不同间隙下工作腔内压力变化分析57-59
• 4.8 本章小结59-61
• 第五章 涡旋压缩机的受力分析61-78
• 5.1 涡旋压缩机受力分析61-62
• 5.1.1 动涡旋盘受力分析61-62
• 5.1.2 静涡旋盘受力分析62
• 5.2 有限元分析62-65
• 5.2.1 动涡旋盘几何模型62-63
• 5.2.2 动涡旋盘约束条件63-64
• 5.2.3 静涡旋盘几何模型64-65
• 5.2.4 静涡旋盘约束条件65
• 5.3 动涡旋盘应力分析65-70
• 5.3.1 压缩结束时刻热应力分析65-67
• 5.3.2 压缩结束时刻气体力分析67-69
• 5.3.3 压缩结束时刻热应力-气体力耦合分析69-70
• 5.4 静涡旋盘应力分析70-76
• 5.4.1 压缩结束时刻热应力分析70-72
• 5.4.2 压缩结束时刻气体力分析72-75
• 5.4.3 压缩结束时刻热应力-气体力耦合分析75-76
• 5.5 动静涡旋盘应力对比分析76-77
• 5.6 本章小结77-78
• 第六章 结论78-80
• 参考文献80-85
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果85-86
• 致谢86

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本文编号：839024