吉林大学学报(工学版) ›› 2022, Vol. 52 ›› Issue (12): 2778-2787.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20210465

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新型无油涡旋压缩机内部热力学特性和性能测试

孙健(),彭斌(),朱兵国   

  1. 兰州理工大学 机电工程学院,兰州 730050
  • 收稿日期:2021-05-24 出版日期:2022-12-01 发布日期:2022-12-08
  • 通讯作者: 彭斌 E-mail:lutpb_sj_2016@163.com;pengb2000@163.com
  • 作者简介:孙健(1991-)男,博士研究生. 研究方向:涡旋机械及低温余热发电. E-mail:lutpb_sj_2016@163.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51675254);国家重点研发计划-“科技助力经济2020”重点专项项目(SQ2020YFF0420989);兰州市人才创新创业项目(2020-RC-23);甘肃省科技计划项目(20YF8GA057)

Internal thermodynamic characteristics and performance test of new oil⁃free scroll compressor

Jian SUN(),Bin PENG(),Bing-guo ZHU   

  1. School of Electrical and Mechanical Engineering,Lanzhou University of Technology,Lanzhou 730050,China
  • Received:2021-05-24 Online:2022-12-01 Published:2022-12-08
  • Contact: Bin PENG E-mail:lutpb_sj_2016@163.com;pengb2000@163.com

摘要:

基于变质量系统热力学和控制容积法,构建了涡旋压缩机工作过程热力学模型。基于计算流体动力学方法对涡旋压缩机内部流场进行三维非稳态数值模拟计算,得到了涡旋压缩机工作腔内流体温度、压力、速度以及进出口流量的变化规律,并通过所搭建的试验平台测试了试验样机在不同排气压力时的进/出口流量、排气温度和机体振动值的变化趋势。结果表明:同时考虑泄漏和热传递的热力学模型更加符合涡旋压缩机的实际工作过程,由于相邻工作腔之间的质量交换,工作腔内的温度和流速分布不均匀;在不同排气压力下,涡旋压缩机进、出口容积流量最大差值为0.15 m3/min,涡旋压缩机排气口温度最大温差为19 ℃。

关键词: 涡旋压缩机, 热力学模型, 内泄漏和热传递, 计算流体动力学, 数值模拟

Abstract:

A thermodynamic model for the scroll compressor's working process is developed based on the thermodynamics of the variable mass system and the control volume method. The unsteady numerical simulation of the compressor's internal flow field was performed using the CFD (Computational Fluid Dynamics) method. The temperature, pressure, velocity, and mass flow of the fluid in the working chamber change were obtained. The test platform is built to test the inlet and outlet volume flow, discharge temperature, driving motor temperature and body vibration value of the prototype change trend. The results show that the thermodynamic model of leakage and heat transfer is more in line with the actual working process of scroll compressor. Because of the mass exchange between adjacent working chambers, the temperature and velocity distribution in the working chamber will be uneven. Under scroll compressor different discharge pressures, the maximum difference between the inlet and outlet volume flow of the scroll compressor is 0.15 m3/min, and the maximum temperature difference between the discharge temperature of the scroll compressor is 19 ℃.

Key words: scroll compressor, thermodynamic model, internal leakage and heat transfer, computational fluid dynamics, numerical simulation

中图分类号: 

  • TH455

表1

涡旋压缩机几何参数"

参数数值
基圆半径rb/mm3.676
渐开线发生角α/rad0.680
偏心距ror/mm7.150
涡旋齿齿高h/mm25.000
渐开线终端展角φe/rad26.627

图1

涡旋型线及静涡盘"

图2

流体域网格示意图"

图3

网格无关性的验证"

表2

各个流体域网格数量"

流体域名称总单元数总结点数
总计3 079 8291 380 590
进气管16 74414 525
工作腔3 049 5611 350 640
排气管13 52415 425

图4

工作腔容积随主轴转角的变化"

图5

压力和温度随主轴转角的变化"

图6

质量随主轴转角的变化"

图7

气体力及力矩随主轴转角的变化"

图8

进出口质量流量和流速随主轴转角的变化"

图9

工作腔云图分布"

图10

试验测试系统"

图11

容积流量随排气压力和转速的变化"

图12

容积效率"

图13

排气温度和驱动电机温度随压力的变化"

图14

不同排气压力下压缩机各部位振动值"

图15

驱动电机电流和功率随排气压力的变化"

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