变截面涡旋压缩机排气腔的流场分析

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涡旋压缩机作为高效节能的第三代新型压缩机,近年来得到了科研人员越来越多的重视和研究,应用范围也越来越广泛。涡旋压缩机独特的工作原理导致了其工作过程中内部流场的复杂性,同时在排气过程中涡旋压缩机的涡旋齿和排气孔受腔内气体影响相对较大。所以,为了能够为未来研究压缩机的科研人员提供设计参考,对涡旋压缩机排气过程中排气腔的流场进行瞬态仿真分析十分重要的。  本文首先介绍了涡旋压缩机的结构和工作原理,设计了由圆渐开线组合而成的涡旋型线,并建立了涡旋盘的型线方程与三维实体模型。同时建立了变截面涡旋压缩机工作过程中工作腔的数学模型。然后在同时遵循热量守恒和热量传递的相关理论规律的基础上,分析研究了涡旋压缩机工作腔体的体积变化情况和热量的传递情况,并计算了工作腔内气体压力和温度的变化规律。以上述工作为基础,将涡旋压缩机的三维模型简化为二维流体域模型,分析并获得了适合模拟仿真涡旋压缩机腔内流场的网格形式。本文流场模拟时假定工质为理想气体,同时选用了动网格技术中比较适合压缩机腔内流场的划分方法。最后利用流体仿真软件 FLUENT对变截面涡旋压缩机的排气过程进行了瞬态模拟仿真,得到了排气过程排气腔内气体的速度、压力、温度的流场分布情况。同时在边界条件一致的情况下,将变截面与等截面涡旋压缩机的流场分布进行了对比,从流场方面证明了变截面涡旋压缩机在排气过程中的结构优势。虽然二维模型的简化导致了模拟结果和实际存在着一定的偏差,但是通过变截面和等截面涡旋压缩机流场分布的相互比照可以看出,仿真结果与涡旋压缩机的理论特性是相符的。在涡旋压缩机排气过程中对工作腔的流场模拟直观地显示了其排气腔的流场特点,为能够进一步地了解涡旋压缩机的工作特性,改善排气过程,进而对其结构进行优化设计提供了理论参考。同时,动网格技术在涡旋压缩机流场模拟中的应用,拓宽了动网格技术的应用范围,也为涡旋压缩机的模拟仿真提供了技术参考。
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