双缸滚动转子压缩机内制冷剂流动特性的模拟研究

摘要

目前中国已经成为制冷空调和压缩机全球制造基地，并且在朝着压缩机研究和开发的前沿发展。滚动转子压缩机由于结构简单成为了应用最广泛的制冷压缩机，单缸滚动压缩机在小型制冷装置（3HP以下）的家用空调领域具有最广泛的应用;双缸滚动转子压缩机较单缸滚动转子压缩机而言，有着较好的转矩特性、振动特性和更小的噪声，在3HP至5HP制冷量的压缩机市场中逐步占领涡旋压缩机的份额。 本文基于ANSYS-CFX平台，利用动网格技术，对双缸滚动转子压缩机建立数值模拟模型，对压缩机内除气液分离器以外的流体域进行了三维可压缩湍流瞬态模拟计算，计算过程中忽略润滑油的影响，仅考虑R410A制冷剂在压缩机内的单相流动。模拟得到的制冷量和功率与该型压缩机试验结果的误差分别为6.28％和4.7％，表明计算结果可信，利用模拟结果对压缩机内制冷剂流动特性研究可靠。分析了双缸压缩机内各处压力、流场、温度和湍流动能受上下气缸排气的影响;观察到压缩机内电机上方空间与下方空间在上下气缸周期性的排气过程中，会出现一个较大的压力差;这个压差主要是电机部分气体通道和消音盖上下空间的气体通道对制冷剂流动的影响造成的。 完成了对该型压缩机转子系统所受的轴向气体力的分析，给出了并验证了轴向气体力的估算公式。在此基础上，利用建立的双缸滚动转子压缩机数值模拟模型，对装配不同结构电机的同一型压缩机进行转子系统轴向气体力分析，得到电机转子铁芯面积对轴向气体力的影响，并与部分改进的模型实验结果做了对比。在原压缩机模型结构上做出改变，对一组改变电机定子与壳体间通道截面积的模型进行数值模拟，分析了电机通道面积与轴向气体力的关系。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1滚动转子压缩机的发展和现状

1．2课题研究的背景和意义

1．3国内外研究现状

1．4研究目标和研究内容

1．4．1研究目标

1．4．2研究内容

第2章 双缸压缩机性能与CFD理论

2．1双缸滚动转子压缩机结构

2．2双缸滚动转子压缩机性能参数

2．2．1制冷量

2．2．2压缩机效率

2．2．3气体力

2．2．4阻力矩

2．2．5转子系统轴向力

2．3 CFD基本理论

2．3．1控制方程

2．3．2湍流模型

2．3．3定解条件

2．3．4数值求解

2．4 CFD软件介绍

第3章 数值模拟模型建立与验证

3．1制冷剂流动区域几何模型

3．2网格划分

3．3双缸压缩机的动网格方法

3．3．1泵腔动网格方法

3．3．2电机流体域动网格方法

3．4模型边界条件设置

3．5数值计算与求解

3．6模拟结果验证

3．6．1制冷量验证

3．6．3功率验证

3．7本章小结

第4章 双缸压缩机内的流动特性分析

4．1压力分析

4．1．1泵体流体域压力分析

4．1．2消音盖流体域压力分析

4．1．3电机流体域压力分析

4．1．4壳体内压力分析

4．2流场分析

4．2．1泵体流场分析

4．2．2消音盖流体域流场分析

4．2．3电机流体域流场分析

4．2．4壳体流体域流场分析

4．2．5流场分析小结

4．3温度场分析

4．4湍流动能分析

4．4．1泵体流体域湍流

4．4．2消音盖流体域湍流分析

4．4．3电机流体域湍流

4．5本章小结

第5章 转子系统轴向气体力研究

5．1轴向力的研究

5．1．1轴向力的分析

5．1．2轴向力的影响和改进方法

5．2电机转子结构对轴向气体力影响

5．2．1新转子结构压缩机介绍与计算

5．2．2新结构的计算结果分析

5．2．3轴向气体力分析

5．3电机定子通道对轴向气体力影响

5．3．1改变结构介绍

5．3．2改变结构分析

5．4本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢

附录