三、气缸内流场数值模拟.doc

压气机气体流通设计及流体动力学分析 研究报告 河南科技大学 2015.06.16 目 录 一、压气机方案设计 3 1.1十字滑块压缩机止转轭结构示意图 3 1.2 压缩机主要零部件 4 1.3 气缸布置示意图 4 1.4 气缸吸排气状态与滑块旋转角度的关系 5 1.5 主要零部件三维图 5 二、参数计算 7 2.1 热力计算 7 2.1.1 容积效率，轴功率与活塞平均速度 7 2.1.2 指示功率、轴功率计算公式 9 2.1.3 确定压缩机参数 10 2.2动力计算 10 三、气缸内流场数值模拟 12 3.1 流体动力学控制方程 13 3.1.1 质量守恒方程 13 3.1.2 动量守恒方程 13 3.1.3 能量守恒方程 13 3.2 低压级气缸流场数值模拟 14 3.2.1 建立网格模型 14 3.2.2 低压级气缸运动情况下工质状态的数值模拟 16 3.3 高压级气缸流场数值模拟 21 3.3.1 建立网格模型 21 3.3.2 高压级气缸运动状态下工质状态的数值模拟 24 3.3.3 不使用中间冷却的高压级气缸数值模拟 29 3.4网格一致性分析 33 3.4.1 低压级流场 33 3.4.2 高压级流场 38 四、总结 42  一、压气机方案设计 十字滑块压缩机的运动转换机构如图1-1所示。这种压缩机的零部件如图1-2所示。正方形滑块3的内孔与曲柄销7的轴颈滑配，框架5的滑道4与滑块的侧面配合，每个滑块均与一对活塞连接。当两个框架与滑块对合后，四个活塞就处于同一平面内，其夹角为90度，故称为十字滑块压缩机。十字滑块压缩机比传统压缩机在效能方面有明显提高，可以与涡旋压缩机相媲美。具有结构紧凑，振动小，效率高等优点。 1.1十字滑块压缩机止转轭结构示意图 图1-1 十字滑块压缩机止转轭结构示意图 1.2 压缩机主要零部件 图1-2 压缩机主要零部件 1、8 —平衡块 2—活塞 3—滑块 4—滑道 5—框架 6、9—主轴颈 7—曲柄销 1.3 气缸布置示意图 图1-3 气缸布置示意图 四气缸在同一平面。滑块从零度开始顺时针旋转。 1.4 气缸吸排气状态与滑块旋转角度的关系 表1-1 气缸吸排气状态与转角关系 0°~90° 90°~180° 180°~270° 270°~360° 备注 ① 吸 吸 排 排 高压级 ② 排 吸 吸 排 低压级 ③ 排 排 吸 吸 高压级 ④ 吸 排 排 吸 低压级 1.5 主要零部件三维图 图1-4 主要零部件三维图 二、参数计算 2.1 热力计算 2.1.1 容积效率，轴功率与活塞平均速度 容积效率（即容积系数）计算公式如下： (2-1) 式中 ——容积效率； ——相对余隙容积； ——气缸压缩比； m——膨胀过程指数； 容积效率与排气量无关。 以下三图活塞平均速度为1.455m/s，活塞行程S2=0.03032m，手册上合适的缸径比为0.32~0.45。 高低压级单缸轴功率固定在1.362kw： (a)活塞平均速度-轴功率 （b）活塞平均速度-排气量 （c）活塞速度-低压级缸径比 （d）活塞速度-高压级缸径比 （e）活塞平均速度-气缸行程 图 2-1 参数曲线 2.1.2 指示功率、轴功率计算公式 （2-2） 式中 ——指示功率； ——吸气压力； ——气缸的行程容积（米3/分）； ——容积效率； ——气体绝热指数； ，——气缸的实际排气压力和吸气压力； (2-3) 式中 ——轴功率； ——低压级指示功率； ——高压级指示功率； ——机械效率； 2.1.3 确定压缩机参数 低压级吸气温度300k，排气温度376.08k。 高压级吸气温度320k，排气温度401.16k。 低压级吸气压力0.1Mpa，高压级排气压力0.8Mpa。 中间压力0.28Mpa。 高低压级压缩比相同，压缩比2.81。 低压级气缸体积流量0.5263941立方米/min。 高压级气缸体积流量0方米/min。 高压级体积流量/低压级体积流量=0.38。 低压级缸径比=0.3039。 高压级缸径比=0.4325。 活塞平均速度1.45556m/s。 低压级排气系数0.75 高压级排气系数0.65 四