基于流固耦合方法的滚动转子压缩机阀片的运动分析

论文摘要

滚动转子压缩机以其结构简单、体积小、重量轻的优点广泛应用于家用空调器和冰箱中。目前,在2.2KW以下空调器中,没有可以替代滚动转子压缩机的较好机型。国内外对其研究不断深入,向节能环保、降低噪声和智能控制的方向发展。排气阀片是压缩机的关键零件之一,它设计的好坏直接影响压缩机的排气量、功耗和可靠性。本文采用数值模拟的方法来研究滚动转子压缩机气缸腔和消音盖腔的流场、排气阀片的运动规律及其对压缩机性能的影响。本文采用三维软件（Solidworks）按实际尺寸建立滚动转子压缩机的几何模型。模型包括吸气口、排气口、气缸腔和消音盖腔（A和B部分）。采用ICEM CFD软件对几何模型划分网格,其中,气缸腔和消音盖（B部分）划分六面体网格,吸排气口和消音盖（A部分）划分四面体网格。将划分的网格导入到CFX-Pre中,并组成完整的流场,设定边界条件和初始条件,采用RNG κ-ε模型进行模拟。排气阀片在运动过程中,阀片受到流体的冲击作用,同时阀片的运动对流场的分布又产生影响,求解方法涉及到流固耦合领域,采用Worlkbench+CFX+Ansys软件组合来实现其数值模拟。通过Fortran程序控制气缸腔和消音盖（B部分）流场区域的网格更新（即动网格的实现）。本文模拟了采用相同升程不同厚度、不同升程相同厚度阀片的滚动转子压缩机,并对结果进行比较分析。将模拟结果与理论循环、实际工作状态相对比验证模拟的准确性。所采用数值模拟方法可以应用到工程实际中,为压缩机改型及阀片设计提供一种重要的分析手段。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 压缩机及阀片国内外研究现状
• 1.3 滚动转子压缩机工作原理
• 1.4 本文的研究工作
• 第2章 理论基础
• 2.1 流固耦合概况
• 2.1.1 流固耦合的概念与分类
• 2.1.2 流固耦合的研究现状
• 2.2 计算流体力学简介
• 2.2.1 CFD基本原理与数值研究方法
• 2.2.2 CFD基本控制方程
• 2.3 ANSYS—CFX简介
• 2.4 ANSYS—CFX阀片流固耦合实现方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 模型建立与网格划分
• 3.1 三维模型
• 3.2 网格划分
• 3.2.1 ANSYS ICEM CFD网格划分
• 3.2.2 模型的网格划分
• 3.3 准备模型的建立及数据采集
• 3.3.1 几何建模的建立
• 3.3.2 准备模型双向流固耦合的模拟计算
• 3.3.3 模拟结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 数值模拟
• 4.1 模型的初始条件和边界条件
• 4.2 模型的域和交界面的设定
• 4.3 动网格的实现
• 4.3.1 气缸动网格的实现
• 4.3.2 阀片周围区域动网格的实现
• 4.4 湍流模型
• 4.5 RNG k-ε模型
• 4.6 本章小结
• 第5章 数值模拟结果的分析
• 5.1 模拟结果验证
• 5.1.1 模拟工作循环与理论工作循环对比
• 5.1.2 阀片两侧压力差与阀片的运动关系
• 5.1.3 收敛情况
• 5.2 气缸腔与消音盖腔内的流场
• 5.2.1 气缸腔与消音盖腔内的流场分布
• 5.2.2 气缸腔及消音盖腔内流场分析
• 5.3 阀片运动规律与合理选择
• 5.3.1 阀片运动规律
• 5.3.2 阀片的合理选择
• 5.4 压缩机容积效率与指示效率的计算
• 5.5 两个系列阀片的分析对比
• 5.5.1 第一系列阀片
• 5.5.2 第二系列阀片
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢