雙螺桿泵&壓縮機CFD分析解決方案
2017-04-06 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
雙螺桿泵/壓縮機是一種應(yīng)用廣泛的通用機械,它由一對平行布置相互嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子和機殼組成,依靠運轉(zhuǎn)時容積的變化來吸入、壓縮和排出流體。雙螺桿泵/壓縮機具有結(jié)構(gòu)合理、節(jié)能環(huán)保、液力脈動小、輸送介質(zhì)的粘度范圍廣、輸送流量大、平穩(wěn)可靠、壽命長等顯著的優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于船舶、石油、化工、冶金、電力等領(lǐng)域。圍繞提高雙螺桿機械的性能,主要的研究工作有:(1)轉(zhuǎn)子型線及齒形設(shè)計;(2)噴油過程對壓縮機泄露、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)過程的研究;(4)轉(zhuǎn)子振動與噪聲研究等;(5)對于雙螺桿泵,其流場內(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)注點應(yīng)用到CFD分析具有以下技術(shù)難點:(1)需要考慮陰陽轉(zhuǎn)子之間極微小的嚙合間隙;(2)轉(zhuǎn)子區(qū)域為大變形區(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)子部分的動網(wǎng)格,描述由于轉(zhuǎn)子流體域變形所引起的流場變化;(4)對于壓縮機,需要同時考慮流場的動力學(xué)和熱力學(xué)特性;(5)對于泵則需要考慮流場內(nèi)部的空化效應(yīng);(6)需要考慮由于流場擾動引起的流致振動。由于以上技術(shù)難點的存在,目前關(guān)于雙螺桿泵和壓縮機的三維非定常分析的文獻較少,主要基于試驗分析。近期Simerics公司聯(lián)合倫敦城市大學(xué)對雙螺桿壓縮機進行了詳細的CFD性能分析,突破了雙螺桿壓縮機CFD分析的各項瓶頸,取得了喜人的成績。雙螺桿壓縮機模型如下圖所示,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)雙螺桿壓縮機設(shè)計及前處理軟件SCORG和專業(yè)運動機械CFD軟件PumpLinx聯(lián)合完成。首先采用SCORG對轉(zhuǎn)子部分進行結(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軟件中進行吸入、吸出端的網(wǎng)格生成、轉(zhuǎn)子區(qū)域的動網(wǎng)格設(shè)置(雙螺桿壓縮機模板)、CFD計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)的雙螺桿機械型線設(shè)計和前處理軟件,通過輸入雙螺桿機械陰陽轉(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),即可自動生成雙螺桿壓縮機轉(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)用雙螺桿壓縮機模板,設(shè)置轉(zhuǎn)子區(qū)域的動網(wǎng)格和計算模型相關(guān)參數(shù)。如右表所示:通過對該雙螺桿壓縮機進行6000rpm和8000rpm兩個工況的預(yù)測分析,并最終與試驗值進行對比分析,驗證了數(shù)值結(jié)果的準確性,同時也為雙螺桿壓縮機的產(chǎn)品優(yōu)化及性能分析提供了一種更為便利和經(jīng)濟的手段。
SCORG軟件可通過輸入雙螺桿泵或壓縮機的軸徑、節(jié)距、中心距等相關(guān)型線參數(shù),可自動進行雙螺桿泵或壓縮機的型線設(shè)計和優(yōu)化;?
SCORG可自動生成雙螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子區(qū)域的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,可考慮真實級別的嚙合間隙,降低網(wǎng)格生成難度,提高效率;?
PumpLinx雙螺桿模板可自動設(shè)置動網(wǎng)格,實現(xiàn)轉(zhuǎn)子區(qū)域的流體域變形,降低動網(wǎng)格設(shè)置難度,提高效率;?
PumpLinx求解器功能強大,求解速度快,收斂性和穩(wěn)定性高,結(jié)果準確;? PumpLinx計算結(jié)果可直接輸出至噪聲分析軟件,進行雙螺桿壓縮機的流致噪聲分析。
由此可知,通過SCORG與PumpLinx的聯(lián)合作用,可快速進行雙螺桿泵或壓縮機的產(chǎn)品設(shè)計、性能分析和優(yōu)化設(shè)計,實現(xiàn)雙螺桿壓縮機的產(chǎn)品驗證和研發(fā),有效提高工程師的工作效率,縮短研發(fā)周期。
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