最新压缩机数值分析课件3活塞压缩机热力模拟2幻灯片.ppt

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1、压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟（15）22201( )1 cos11sin24SdVV工作容积变化率：222sin cos( )sin241sindVSdd（16）式中S、d、V0分别为活塞行程、气缸直径与余隙容积则根据活塞位移的瞬时公式有气缸工作容积：压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟理想工质的无量纲自由能 可以写成：01,ln( )aa 函数 与理想工质的比热有关。这里可以采用不同的表达式。 对应于理想气体状态方程。常数 和 决定了焓和熵的大小。把该公式应用于R134a得到如下的

2、表达式： ( )ln0a1a40123lnlniniiaaaa 无量纲余自由能可以写成下式： 12111exp()iiiiiNNdtdteriiii Naa 得到自由能偏导数的表达式后，即可推导出各物理量的表达式： 压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟2222()(12)(1)2rrrTPRTRTPvvvv ()(1)rrrvPRPRTvTv 2()rvcR 222(1)() /()12rrpvvvTrrcccTPPRRRRTv 1rPvRT 1()()rrrhPvRTRT 压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压

3、缩机热力过程数值模拟2.8 气缸内的热交换由于温度的不同，活塞压缩机气缸内工质与 气缸壁面、活塞表面、缸头表面有着热交换。吸气过程气缸向工质的传热会提高工质的T，减小工质的密度， 从而降低Q和v。膨胀过程气缸向工质的热交换会降低m，降低v、 Q和v 。压缩过程前期气缸向工质传热，后期工质向气缸传热， 影响气缸内P()和压缩机Ni。工质与气缸的热交换，由于温度相对低，辐射换热较小，主要是对流换热。 ,wdFTFTdFQ 11()iiivdTPdmPdVQhh mTTdmcTdTd气缸壁面微元向工质的传热量可以表示为：压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程

4、数值模拟假设气缸壁面、活塞表面、缸头表面温度可以用平均温度表示且三处 一致，则： iiFccppchchdTTATTATTAQQ ,cpchT TT其中 与 以及气缸体散热条件有关，可以通过实验测量确定，也可以通过压缩机整体的温度模拟确定。0,pT n ,pfVpT 内燃机传热研究给出了很多气缸内对流换热系数计算公式。第一类其中由温度、压力及活塞平均速度直接表达： 123( )1.42 1 1.2467pVPT 比如：压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟当量直径 226222eDSDDDS 0.80.60.053,0.8,0.6,0.053R

5、ePreAmnD 直接以制冷压缩机为研究对象的计算公式是Adair1972CTC发表的论文：更多的是根据相似理论整理实验数据，用 的相互关系表示换热系数（第二类）：, Re, PrNu RePrmnNuA：气体热传导系数D：气缸直径，S瞬时转角时的活塞位移；压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟特征速度： 321.04cos2,2231.04cos2,22gor 2ReeegDDv 高转速n，低压比，压缩高密度气体时可忽略传热影响。传热对制冷量的影响大于通过压缩过程对Ni的影响。 Prpc 雷诺准则数：普朗特则数：v：瞬时比容，：气体动力粘度1

6、）Fagatti,F: 1998ICECP， pp871-876; 较新的研究结果：2) Shiva Prasad, B.G: pp857-863压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟2.9 泄漏量的计算能量方程中的 除包括通过吸气阀、排气阀的吸气、排气流动外，还包括控制容积内的高压气体/工质及油通过活塞与气缸之间的间隙（活塞环、填料、吸气阀也排气阀不严密的泄漏）。 先研究常用计算泄漏流动的理论模型，在讨论它们的应用im2.9.1 喷嘴模型喷嘴模型就是处于高压滞止状态P0，T0的气体等熵膨胀到低背压P2。这时的质量流量：11()iiivdTPd

7、mPdVQhh mTTdmcTdTd1idmmdP0,T0P2压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟21002200112021,212,1crcrcrpmAvpppppp喷嘴模型考虑了气体的的1）可压缩性及2）可能出现的节流效应。可用于流动截面特征长度与流动长度之比不大 的情况。如通过一个孔板的流动。因为孔板L/D之比不大。孔板的截面积为A。但由于流动的收缩效应，主流的有效流动面积可用流量系数表示：A，DLAeP1,T1P2压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟如假设流动减速过程能量完全损失，

8、并忽略管道中孔板前后的速度，则通过孔板的流量：210021pmAv正常的气阀气密性较好，（关闭时）没有泄漏。如果密封不好。且已知缝隙面积为A，通过气阀的泄漏流量可用上式计算。P0是上流高压，P2是下流低压。对于通过活塞环切口的泄漏也可用上式计算，A为切口截面积，流量系数 ，可取0.60.7对于采用迷宫密封的活塞，通过单个密封齿的流量也可用上式计算。eAA压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟2.9.2 无限宽平行板之间或同心环间隙内的一维不可压缩粘性层流Poiseuille flowcouetle flowP1P2LLUvelocity dis

9、tribution222VLp For Poiseuille flow by pressure differenceFor Couette flow duo to the motion of wall LPWm631 WUm212WUvLPmmm)62(2121 311()122PwUwL 郁永章教材公式（91）：30.26ldPQL其实就是环形间隙不可压缩层流压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟冰箱用活塞压缩机，没有活塞环，如果活塞与气缸间的间隙被油膜完全密封，即只有油的泄漏，没有气体工质的泄漏。油的泄漏量可用上式计算。 1. Direct

10、 leakage and indirect leakage of refrigerant * direct leakage: greater effect on performance * indirect leakage: oil seal, refrigerant dissolve in oil, solubility varies 2. Volume effect and heat effect of leakage *oil temperature affects performance through leakage and wall heat transfer 制冷压缩机中，制冷剂

11、一般溶解与润滑油，高压时溶解度大，低压时溶解度小。溶有制冷剂的油/油与制冷剂混合物从高压泄漏到低压腔时，制冷剂会从油中会发出来，这叫间接泄漏。制冷剂的挥发使溶解度又S1下降到S2，由此引起的制冷剂间接泄漏量为：some concepts about leakage:1221gssmms余下的液态油与制冷剂混合物有：1211lsmms压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟如果润滑油不能很好地密封活塞与气缸间隙，泄漏流将为两相流动，流量计算复杂： 均相流，分相流，分层流对带有活塞环的压缩机，通过活塞环的泄漏可分为三部分：a）气缸与活塞环间隙泄漏b）活塞环与环槽间隙泄漏c) 活塞环切口泄漏对于有多道活塞环的压缩机，第i道环前高压 为Pi，其后低压为Pi+1，那么通过它的流量为： ccaii+1b压缩机与制冷系统数值分析压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟22 结束语结束语