涡旋压缩机径向迷宫密封结构优化及泄漏量算法的研究

摘要

涡旋压缩机具有效率高、噪音低、振动小、可靠性高等优点，被广泛用于空调制冷、动力工程、交通运输和医疗等领域。由于迷宫式涡旋压缩机具有气体不受润滑油污染、动静涡旋盘间摩擦损耗小等优点，已成为涡旋压缩机新的研发热点。本文针对迷宫式涡旋压缩机迷宫槽型的优化和泄漏量进行了研究。
　　从理论上对涡旋压缩机径向迷宫密封的结构进行了分析，在涡旋齿端面按一定尺寸开设多种形式的迷宫槽。为了更加直观地分析迷宫槽内气体的流动状态，采用FLUENT软件对迷宫槽内的气体进行模拟计算，得到迷宫槽内气体的速度场和压力场。通过分析迷宫槽内气体漩涡的数量来表征流动损失情况，结合气体烟雾示踪试验，验证了迷宫槽内泄漏气体流动旋向的正确性。为得到最佳的迷宫槽型和迷宫间隙，采用软件模拟计算出迷宫槽型在不同迷宫间隙下的泄漏量，并绘制出迷宫间隙、压差和泄漏量之间的数值关系曲线。分析得到迷宫间隙值为0.002mm时的双阶梯迷宫槽泄漏量最小。
　　为进一步研究涡旋压缩机径向迷宫密封的泄漏量变化情况，采用相似理论中的量纲分析法对迷宫槽中的流动过程和影响因素进行全面的分析，建立了相似准数方程。由于涡旋压缩机的端面尺寸较小，加工迷宫槽型较为困难，通过对涡旋压缩径向迷宫密封的端面尺寸进行放大，使充罐法试验顺利进行。同时依据量纲分析法推导出原型和模型间的比例关系式，通过换算分析得到涡旋压缩机径向迷宫密封的理论泄漏量计算式，结合充罐测漏试验数据，来综合研究理论泄漏量与试验泄漏量间的关系，用模型中的泄漏量数据来反映原型泄漏量的变化趋势，绘制出涡旋压缩机径向迷宫密封的实际泄漏量随迷宫间隙比、泄漏线长度比和迷宫齿数比的变化曲线图。
　　通过理论分析、模拟计算及试验研究得出涡旋压缩机径向迷宫密封的密封性能好坏与迷宫槽型有必然的联系，为此设计了几种不同结构形式的迷宫槽型来进行模拟计算，分析得到了最佳的迷宫槽型和迷宫间隙。同时采用相似理论中的量纲分析法得到涡旋压缩机径向迷宫密封和模型间的泄漏量关系式，用模型的泄漏量来预测原型泄漏量的变化情况，即能全面的考虑相关变量，又能降低科研费用，为迷宫式涡旋压缩机的优化设计提供了可靠的依据。

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第1章 绪 论

1.1 涡旋压缩机的发展历程

1.2 涡旋压缩机的研究方向

1.3 课题来源、背景及意义

1.4 课题主要研究内容及创新性

1.5 本章小结

第2章 涡旋压缩机迷宫密封结构的研究

2.1 涡旋压缩机工作原理和结构特点

2.2 迷宫密封理论的概述

2.3 涡旋压缩机迷宫密封的结构

2.4 本章小结

第3章 迷宫式涡旋压缩机迷宫槽的优化研究

3.1 网格划分技术

3.2 控制方程的离散

3.3 湍流模型及壁面函数

3.4 求解器的选择

3.5 边界条件与收敛的标准

3.6 涡旋压缩机径向迷宫槽的数值模拟

3.7 本章小结

第4章 涡旋压缩机迷宫密封泄漏量算法的研究

4.1 相似理论的概述

4.2 相似理论的相似条件

4.3 相似理论的动力相似准则

4.4 相似三定理

4.5 相似准则的导出方法

4.6 迷宫密封泄漏量算法的分析

4.7 迷宫密封泄漏量的量纲分析法

4.8 本章小结

本文总结与展望

参考文献

致谢

附录 攻读学位期间所发表的学术论文