变截面涡旋压缩机动涡盘热—结构耦合的应力和变形分析

发布时间：2017-10-03 08:00

  本文关键词：变截面涡旋压缩机动涡盘热—结构耦合的应力和变形分析

  更多相关文章： 涡旋压缩机 法向等距线 热传递 流场分析 热-结构耦合

【摘要】：涡旋压缩机作为一种新型节能高效的容积式压缩机,人们对其研究越来越深入,应用也越来越广泛。但是由于涡旋压缩机独特的结构及工作方式,导致准确掌握内部压缩工质及零部件特性是非常困难的。这非常不利于涡旋压缩机的实际生产与应用。 针对这种情况,本文首先依据涡旋型线的啮合理论和法向等距线法等,设计了变截面动涡旋盘的型线,并建立其三维模型。然后建立了变截面涡旋压缩机工作过程的数学模型,计算了月牙形的压缩腔容积的动态变化规律以及工作腔内气体压力和温度的变化规律,讨论了相邻工作腔内气体热量的传递问题。接着以这些工作为基础,利用计算流体力学(CFD)的理论方法和流体仿真软件FLUENT,对变截面涡旋压缩机的工作过程进行了瞬态模拟仿真,得到了工作腔内压缩气体的速度场,压力场和温度场。模拟结果表明,利用该方法得到的气体特征与理论计算结果相一致,且符合其实际工况。 对变截面动涡旋盘进行数值分析时,本文考虑到了其受到的实际载荷及简化载荷的不同工况。首先建立了基于流场分析的热载荷边界条件,并利用有限元分析软件得到了涡旋盘上的温度分布。分析结果表明,该方法得到的涡盘温度分布较线性均匀分布呈现滞后的现象。热-结构耦合分析时,涡旋盘的最大等效应力位于轴承座内孔根部,而单独气体力作用时位于涡旋齿头根部。而齿顶面的整体变形分布小于热膨胀分析,而大于只有气体力载荷作用分析。所以在涡旋压缩机工作过程中,热载荷对涡旋盘的影响,及两种载荷之间的相互影响是不能够忽略的。 最后通过进行静力校核及变形分析,说明本文所设计的变截面动涡旋盘在运行过程中是可靠的。本文采用的分析理论及方法,对于设计更合理、高效的涡旋压缩机提供了一种新思路。
【关键词】：涡旋压缩机 法向等距线 热传递 流场分析 热-结构耦合
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 插图索引11-13
• 附表索引13-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 涡旋压缩机结构组成及特点14-16
• 1.1.1 涡旋压缩机结构组成15
• 1.1.2 涡旋压缩机特点15-16
• 1.2 涡旋压缩机的工作原理16-17
• 1.3 涡旋压缩机的应用与研究现状17-19
• 1.3.1 涡旋压缩机应用现状概述17
• 1.3.2 涡旋压缩机研究现状17-19
• 1.4 研究主要内容与方法19-20
• 1.4.1 主要研究内容19-20
• 1.4.2 主要研究方法20
• 1.5 课题的来源及研究意义20-22
• 1.5.1 课题来源20
• 1.5.2 课题研究意义20-22
• 第2章 变截面涡旋齿型线几何理论22-40
• 2.1 涡旋齿通用型线概述22-25
• 2.1.1 通用型线啮合理论22-24
• 2.1.2 法向等距线法24-25
• 2.2 组合型线选择及建立25-29
• 2.2.1 建立母线25-27
• 2.2.2 建立动涡盘内、外壁型线27-28
• 2.2.3 变截面涡旋盘PMP型线修正28-29
• 2.3 涡旋盘实体模型建立29-30
• 2.4 涡旋型线设计参数总结30-31
• 2.5 变截面涡旋压缩机腔体容积的动态计算31-38
• 2.5.1 工作腔容积的计算方法31-32
• 2.5.2 各工作腔容积的动态计算32-38
• 2.6 小结38-40
• 第3章 变截面涡旋压缩机工作过程分析40-48
• 3.1 变截面涡旋压缩机热力学模型40-43
• 3.1.1 热力过程基本方程41-42
• 3.1.2 热力性质方程42-43
• 3.2 涡旋压缩机气体理论压缩过程的计算43-44
• 3.3 传热模型44-47
• 3.3.1 涡旋压缩机工作腔热量传递分析45-46
• 3.3.2 对流换热系数46-47
• 3.4 小结47-48
• 第4章 变截面涡旋压缩机流场的数值模拟48-68
• 4.1 CFD的基本原理48-49
• 4.2 气体流动通用控制方程49-55
• 4.2.1 质量守恒方程49-50
• 4.2.2 动量守恒方程50-51
• 4.2.3 能量守恒方程51-52
• 4.2.4 气体状态方程52
• 4.2.5 湍流控制方程52-53
• 4.2.6 壁面函数53-55
• 4.2.7 通用控制方程55
• 4.3 通用控制方程离散55-56
• 4.4 控制方程组的求解算法56-57
• 4.5 动网格技术57-58
• 4.6 涡旋压缩机工作腔内流场的数值模拟58-62
• 4.6.1 流体计算域的几何模型58-59
• 4.6.2 流体域网格划分59-60
• 4.6.3 流体计算域的模型设置60
• 4.6.4 流体域边界设置60-62
• 4.6.5 流体计算域求解设置62
• 4.7 数值模拟结果及分析讨论62-67
• 4.7.1 流场模拟收敛判定62-63
• 4.7.2 气体速度场分析63-64
• 4.7.3 气体压力场分析64-65
• 4.7.4 气体温度场分析65-67
• 4.8 小结67-68
• 第5章 变截面动涡旋盘的应力与变形分析68-86
• 5.1 动涡旋盘数值模拟前处理68-74
• 5.1.1 建立动涡盘有限元模型68-69
• 5.1.2 确定模型的约束与载荷69-74
• 5.2 动涡旋盘热的数值分析74-77
• 5.2.1 动涡旋盘的有限元模型74-75
• 5.2.2 动涡旋盘温度场75
• 5.2.3 动涡旋盘的热应力及变形75-77
• 5.3 动涡旋盘受气体力载荷的数值分析77-79
• 5.3.1 动涡旋盘的有限元模型77
• 5.3.2 动涡旋盘的应力及变形77-79
• 5.4 动涡旋盘热-结构耦合的数值分析79-82
• 5.4.1 热-结构直接耦合79
• 5.4.2 动涡旋盘有限元模型79
• 5.4.3 涡旋盘应力和变形分析79-82
• 5.5 涡旋盘数值分析结果综合分析82-85
• 5.5.1 变截面动涡旋盘静力校核82
• 5.5.2 变截面动涡旋盘变形综合分析82-85
• 5.6 小结85-86
• 总结与展望86-88
• 参考文献88-93
• 致谢93-94
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王君;张娜;刘凯;徐书根;章大海;;基于流场模拟的涡旋压缩机涡齿应力变形分析[J];工程热物理学报;2012年08期

2 黄蕾;唐景春;韩坤;;温度场对动涡旋盘应力与应变的影响[J];低温与超导;2013年05期

3 杜桂荣,刘涛,邬再新,刘振全;涡旋式压缩机动涡旋有限元分析方法[J];机械工程学报;1999年04期

4 樊灵,屈宗长,靳春梅;涡旋压缩机型线研究的概述[J];机械工程学报;2000年09期

5 刘涛,邬再新,刘振全;法向等距线法生成涡旋压缩机型线的研究[J];机械工程学报;2004年06期

6 王君,刘振全;涡旋压缩机渐开线类型线的双圆弧修正[J];机械工程学报;2005年09期

7 刘涛;任冠林;柳会敏;刘振全;;组合型线涡旋压缩机的动力学模型[J];科学技术与工程;2007年19期

8 刘振全;戚智勇;;涡旋压缩机动涡旋盘应力及变形的研究[J];流体机械;1995年10期

9 张立群,刘振全;涡旋压缩机静涡旋盘实际工况下的变形分析[J];流体机械;2000年02期

10 金丹,陈旭,田涛;非均匀温度场下涡旋压缩机动涡盘的应力及变形分析[J];流体机械;2003年06期

，

本文编号：964027