雙螺桿泵&壓縮機(jī)CFD分析解決方案

2017-04-06 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

背景描述

雙螺桿泵/壓縮機(jī)是一種應(yīng)用廣泛的通用機(jī)械,它由一對(duì)平行布置相互嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子和機(jī)殼組成,依靠運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容積的變化來(lái)吸入、壓縮和排出流體。雙螺桿泵/壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)合理、節(jié)能環(huán)保、液力脈動(dòng)小、輸送介質(zhì)的粘度范圍廣、輸送流量大、平穩(wěn)可靠、壽命長(zhǎng)等顯著的優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于船舶、石油、化工、冶金、電力等領(lǐng)域。

技術(shù)關(guān)注點(diǎn)

圍繞提高雙螺桿機(jī)械的性能,主要的研究工作有:(1)轉(zhuǎn)子型線及齒形設(shè)計(jì);(2)噴油過(guò)程對(duì)壓縮機(jī)泄露、換熱和摩擦方面影響;(3)熱力學(xué)(泄漏、傳熱、油氣換熱的數(shù)學(xué)模型,排氣孔口流動(dòng))過(guò)程的研究;(4)轉(zhuǎn)子振動(dòng)與噪聲研究等;(5)對(duì)于雙螺桿泵,其流場(chǎng)內(nèi)的空化效應(yīng)也是工程師十分關(guān)注的問題。以上技術(shù)關(guān)注點(diǎn)應(yīng)用到CFD分析具有以下技術(shù)難點(diǎn):(1)需要考慮陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子之間極微小的嚙合間隙;(2)轉(zhuǎn)子區(qū)域?yàn)榇笞冃螀^(qū)域,需要建立高質(zhì)量的初始結(jié)構(gòu)網(wǎng)格;(3)需要設(shè)置轉(zhuǎn)子部分的動(dòng)網(wǎng)格,描述由于轉(zhuǎn)子流體域變形所引起的流場(chǎng)變化;(4)對(duì)于壓縮機(jī),需要同時(shí)考慮流場(chǎng)的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)特性;(5)對(duì)于泵則需要考慮流場(chǎng)內(nèi)部的空化效應(yīng);(6)需要考慮由于流場(chǎng)擾動(dòng)引起的流致振動(dòng)。由于以上技術(shù)難點(diǎn)的存在,目前關(guān)于雙螺桿泵和壓縮機(jī)的三維非定常分析的文獻(xiàn)較少,主要基于試驗(yàn)分析。近期Simerics公司聯(lián)合倫敦城市大學(xué)對(duì)雙螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行了詳細(xì)的CFD性能分析,突破了雙螺桿壓縮機(jī)CFD分析的各項(xiàng)瓶頸,取得了喜人的成績(jī)。

案例介紹

雙螺桿壓縮機(jī)模型如下圖所示,提取后的流體域部分由吸入段、排出段和轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成。本案例由專業(yè)雙螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)及前處理軟件SCORG和專業(yè)運(yùn)動(dòng)機(jī)械CFD軟件PumpLinx聯(lián)合完成。首先采用SCORG對(duì)轉(zhuǎn)子部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分,并將生成的網(wǎng)格模型導(dǎo)入PumpLinx軟件,在PumpLinx軟件中進(jìn)行吸入、吸出端的網(wǎng)格生成、轉(zhuǎn)子區(qū)域的動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置(雙螺桿壓縮機(jī)模板)、CFD計(jì)算模型及邊界條件設(shè)置、求解及后處理等工作。
SCORG為專業(yè)的雙螺桿機(jī)械型線設(shè)計(jì)和前處理軟件,通過(guò)輸入雙螺桿機(jī)械陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線數(shù)據(jù)和齒數(shù)、節(jié)距及軸徑等相關(guān)參數(shù),即可自動(dòng)生成雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。SCORG生成的網(wǎng)格可直接導(dǎo)入PumpLinx軟件,并直接調(diào)用雙螺桿壓縮機(jī)模板,設(shè)置轉(zhuǎn)子區(qū)域的動(dòng)網(wǎng)格和計(jì)算模型相關(guān)參數(shù)。如右表所示:通過(guò)對(duì)該雙螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行6000rpm和8000rpm兩個(gè)工況的預(yù)測(cè)分析,并最終與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了數(shù)值結(jié)果的準(zhǔn)確性,同時(shí)也為雙螺桿壓縮機(jī)的產(chǎn)品優(yōu)化及性能分析提供了一種更為便利和經(jīng)濟(jì)的手段。雙螺桿泵&壓縮機(jī)CFD分析解決方案Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片1

雙螺桿泵&壓縮機(jī)CFD分析解決方案Pumplinx旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)有限元分析圖片1

總結(jié)

SCORG軟件可通過(guò)輸入雙螺桿泵或壓縮機(jī)的軸徑、節(jié)距、中心距等相關(guān)型線參數(shù),可自動(dòng)進(jìn)行雙螺桿泵或壓縮機(jī)的型線設(shè)計(jì)和優(yōu)化;?

SCORG可自動(dòng)生成雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子區(qū)域的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,可考慮真實(shí)級(jí)別的嚙合間隙,降低網(wǎng)格生成難度,提高效率;?

PumpLinx雙螺桿模板可自動(dòng)設(shè)置動(dòng)網(wǎng)格,實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子區(qū)域的流體域變形,降低動(dòng)網(wǎng)格設(shè)置難度,提高效率;?

PumpLinx求解器功能強(qiáng)大,求解速度快,收斂性和穩(wěn)定性高,結(jié)果準(zhǔn)確;? PumpLinx計(jì)算結(jié)果可直接輸出至噪聲分析軟件,進(jìn)行雙螺桿壓縮機(jī)的流致噪聲分析。

由此可知,通過(guò)SCORG與PumpLinx的聯(lián)合作用,可快速進(jìn)行雙螺桿泵或壓縮機(jī)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能分析和優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)雙螺桿壓縮機(jī)的產(chǎn)品驗(yàn)證和研發(fā),有效提高工程師的工作效率,縮短研發(fā)周期。

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