压缩机数学模型及数值求解 (2).ppt

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1、压缩机数学模型及数机数学模型及数值求解求解研究生课程压缩机优化设计技术（1）结构特点与工作原理）结构特点与工作原理涡旋压缩机工作过程示意图涡旋压缩机工作过程动图动涡盘静涡盘2研究生课程压缩机优化设计技术（1）结构特点与工作原理）结构特点与工作原理涡旋空气压缩机特点：1.结构简单、体积小、重量轻2.无需设置气阀3.无余隙容积4.摩擦磨损小5.转矩均匀6.吸、排气过程长，损失小全封闭涡旋制冷压缩机3研究生课程压缩机优化设计技术（2）几何模型）几何模型n圆渐开线涡圈圆渐开线方程：内外圈型线方程：型线基本参数：注意：为涡圈中心面的展开角。4研究生课程压缩机优化设计技术（2）几何模型）几何模型n理论吸气

2、容积动涡盘与静涡盘外圈构成的最大封闭容积即为涡旋压缩机理论吸气容积。涡旋压缩机理论吸气容积示意图5研究生课程压缩机优化设计技术（2）几何模型）几何模型n理论吸气容积计算涡旋压缩机吸气容积计算示意图涡圈截面积积分计算示意图6研究生课程压缩机优化设计技术（2）几何模型）几何模型n工作容积计算涡旋压缩机吸气容积示意图任意转子转角下动盘转动角度7研究生课程压缩机优化设计技术（2）几何模型）几何模型n刀具干涉刀具干涉对涡圈的影响影响：l始端强度变低l形成无效容积l限制压比的设计自由度如何消除影响？始端型线修正8研究生课程压缩机优化设计技术（2）几何模型）几何模型n涡圈始端修正对称圆弧修正对称圆弧+直线修

3、正9研究生课程压缩机优化设计技术（2）几何模型）几何模型n工作腔容积计算分6个阶段计算：对称圆弧修正工作容积随转子转角的变化10研究生课程压缩机优化设计技术（3）热力过程模型）热力过程模型n控制容积的选取工作流体流向示意图三种控制容积的选取方法：（1）单腔控制容积（2）三腔控制容积（3）多腔控制容积11研究生课程压缩机优化设计技术（3）热力过程模型）热力过程模型n控制容积的选取单腔控制容积示意图（1）单腔控制容积特点：l建模简单，计算工作量小。l未考虑进排气损失和吸排气室压力脉动，精度较低。12研究生课程压缩机优化设计技术（3）热力过程模型）热力过程模型n控制容积的选取三腔控制容积示意图（2）

4、三腔控制容积特点：l建模过程复杂，计算工作量大。l精度较高。13研究生课程压缩机优化设计技术（3）热力过程模型）热力过程模型n控制容积的选取多腔控制容积示意图（3）多腔控制容积特点：l建模过程复杂，计算工作量大。l考虑两个工作腔的差异，精度更高。14研究生课程压缩机优化设计技术（3）热力过程模型）热力过程模型n基本方程能量守恒方程质量守恒方程补充方程：气体状态方程气阀、泄露流动方程传热方程几何模型15研究生课程压缩机优化设计技术（3）热力过程模型）热力过程模型n泄露流动模型（1）周向泄漏通道周向泄漏通道示意图轴向泄漏通道示意图收敛喷管+等截面摩擦直管模型（2）轴向泄漏通道平行平板间隙流动模型1

5、6研究生课程压缩机优化设计技术（3）热力过程模型）热力过程模型n换热模型涡旋压缩机传热途径热交换途径工作腔与外界热交换随转角变化率：17研究生课程压缩机优化设计技术压力分布指示功流量等基本控制方程气体状态方程泄露、气阀、吸气孔口流动模型传热模型（3）热力过程模型）热力过程模型n热力学模型程序开始工况、几何、间隙、气阀参数，经验参数输入及简单处理R-K法求解一个工作循环计算无泄漏、传热的理想过程进行初始化各参数计算并输出收敛结束否是18研究生课程压缩机优化设计技术（4）动力学模型）动力学模型n动涡盘运动模型动涡盘做缸体平面运动，动盘基圆中心绕静盘基圆中心旋转。l气体力切向气体力径向气体力轴向气体

6、力19研究生课程压缩机优化设计技术（4）动力学模型）动力学模型n动涡盘运动模型公转阻力矩和自传阻力矩示意图l公转阻力矩和自传阻力矩20研究生课程压缩机优化设计技术（4）动力学模型）动力学模型n部件受力模型一种涡旋压缩机结构示意图21研究生课程压缩机优化设计技术（4）动力学模型）动力学模型n部件受力分析动涡盘受力示意图22研究生课程压缩机优化设计技术（4）动力学模型）动力学模型开始工况、几何、间隙、气阀参数，经验参数输入及简单处理热力状态参数离散值、指示功率热过程模型求解模块动力学模型计算模块功率、效率输出结束动力学模型数值求解：机械效率：轴功率：总效率：23研究生课程压缩机优化设计技术小结小结涡旋压缩机几何特点：圆的渐开线、吸气容积的计算、型线始端修正热力过程模型：控制容积的选取（三种方法）、基本方程、两种泄露通道、传热模型动涡盘气体力计算、阻力矩、动涡盘受力方程。24谢谢观赏！2020/11/525