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基于CFD的滚动转子压缩机气液分离器内的流体流动特性分析

作　者: 单宾周
导　师: 巴德纯
学　校: 东北大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 滚动转子压缩机 CFD 气液分离器数值模拟
分类号: TH45
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着构建以资源节约型、环境好友型为主要特色的和谐社会的不断深入,各行各业逐渐把对资源的有效利用和对环境的保护作为产品重要的考核指标。气候极端化的加剧以及人们生活水平的不断提高使得家用空调的使用量空前增长。空调压缩机作为空调的重要部件,它的节能效果和噪声性能就成为压缩机行业研究的热点。本文利用CFD技术为研究手段重点对压缩机气液分离器内的流体运动进行了数值模拟和分析,从节能降耗和噪声这两个主要指标寻求改进压缩机的可行之道。本文分析了滚动转子压缩机的研究背景和意义并概述了国内外对滚动转子压缩机的研究现状;阐述了CFD技术基本原理及发展变迁,总结了国内外CFD技术的研究现状；说明了CFD技术应用到滚动转子式压缩机流体分析上的科学性和合理性。本文把气液分离器作为研究的重点。通过利用压力损耗和速度损耗来衡量模型的能量利用效率,通过声压值的高低来衡量噪声的强度。本文构建了滚动转子压缩机的三维物理模型,构建了气液分离器的流体域模型,加载了能量模型、κ-epsilon湍流模型、湍流壁面计算假设、FW-H噪声模型,从而准确的模拟了气液分离器内制冷剂R22的真实流动状况；测算出了吸气口、出气口、速度-压力观测点的速度-压力曲线图；直观描绘出了气液分离器内部流体流动的矢量图;测算出了噪声观测点的声压值曲线；通过分析以上数据使我们得出：气液分离器支架上面存在着比较严重的反流现象；气液分离器内支架与直管之间的这一区域存有明显的涡流现象；直管入口处产生严重的紊流现象；直管的存在降低了气液分离器的能量效率；50HZ和100HZ是气液分离器产生噪声的主要频段,直管内的噪声要强于外壳内的噪声。本文提出了三种改进型的气液分离器并进行了数值分析。一是用圆台管替代原来的直管,将气液分离器支架的球面结构改成锥形结构,消除了支架对流体的反流作用。通过计算发现：气液分离器内的涡流现象明显降低,压力损耗有所减轻,湍流程度有所降低；通过计算还发现圆台管缓解了制冷剂的压力脉动,从而一定程度上降低了气动噪声的强度。二是通管气液分离器,它的吸气管与内直管以及出气弯管固连在一起,增强了直管部的强度从而提升了气液分离器的噪声性能。三是“外包”气液分离器。这种气液分离器是在压缩机主体外壳上再加一层壳体构成的。它摆脱了原气液分离器内直管的各种不利因素,增大了气液分离器的有效容积,通过模拟证明“外包”气液分离器在节能降耗以及噪声方面都有较好的性能。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-12
第一章绪论  12-30
  1.1 压缩机的分类  12
  1.2 滚动转子压缩机的结构及工作原理  12-14
    1.2.1 滚动转子压缩机的结构  12-13
    1.2.2 滚动转子压缩机的工作原理  13
    1.2.3 气液分离器  13-14
  1.3 滚动转子压缩机的基本参数  14-20
    1.3.1 工作容积  14-15
    1.3.2 容积效率  15
    1.3.3 功率和效率  15-16
    1.3.4 气液分离器出口速度的推导  16-19
    1.3.5 噪声  19-20
  1.4 滚动转子压缩机存在的问题及研究现状  20-21
  1.5 CFD基本原理  21-29
    1.5.1 CFD技术简述  21-22
    1.5.2 控制方程  22-27
    1.5.3 模型的离散化  27-28
    1.5.4 模型网格化  28-29
  1.6 CFD在压缩机设计中的应用现状  29
  1.7 本文的研究内容和实现目标  29-30
第二章滚动转子压缩机气液分离器内流体的数值模拟  30-46
  2.1 气液分离器内流体的数值模拟模型  30-32
  2.2 气液分离器内流体的数值模拟  32-43
    2.2.1 求解算法的选择  32-33
    2.2.2 能量模型的设置  33-34
    2.2.3 湍流模型的设置  34-35
    2.2.4 湍流模型的壁面设置  35-36
    2.2.5 噪声模型的设置  36-38
    2.2.6 压力-速度的耦合算法  38-39
    2.2.7 边界条件的设置  39-41
    2.2.8 模拟计算  41-43
  2.3 模拟结果分析  43-44
  2.4 本章小结  44-46
第三章圆台管气液分离器内流体的数值模拟  46-58
  3.1 支架的改进  46-48
  3.2 圆台管气液分离器  48-49
  3.3 圆台管气液分离器内流体的数值模拟  49-51
    3.3.1 模型网格划分  50
    3.3.2 模拟计算  50-51
  3.4 圆台管气液分离器内流体模拟的结果分析  51-55
  3.5 本章小节  55-58
第四章通管气液分离器内流体的数值模拟  58-68
  4.1 通管气液分离器  58-59
  4.2 通管气液分离器内流体的数值模拟  59-62
    4.2.1 模型网格划分  59-60
    4.2.2 模拟计算  60-62
  4.3 通管气液分离器内流体模拟的结果分析  62-65
  4.4 本章小结  65-68
第五章 “外包”气液分离器内流体的数值模拟  68-78
  5.1 “外包”气液分离器  68-69
  5.2 “外包”气液分离器内流体的数值模拟  69-71
    5.2.1 模型网格划分  69-70
    5.2.2 模拟计算  70-71
  5.3 “外包”气液分离器内流体模拟的结果分析  71-74
  5.4 “外包”气液分离器的市场可行性分析  74-75
  5.5 气液分离器流动特性比较  75
  5.6 本章小结  75-78
第六章结论与展望  78-80
  6.1 结论  78
  6.2 前景展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84

基于CFD的滚动转子压缩机气液分离器内的流体流动特性分析

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