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:互聯網
雙螺桿泵/壓縮機是一種應用廣泛的通用機械,它由一對平行布置相互嚙合的陰陽轉子和機殼組成,依靠運轉時容積的變化來吸入、壓縮和排出流體。雙螺桿泵/壓縮機具有結構合理、節能環保、液力脈動小、輸送介質的粘度范圍廣、輸送流量大、平穩可靠、壽命長等顯著的優點,廣泛應用于船舶、石油、化工、冶金、電力等領域。圍繞提高雙螺桿機械的性能,主要的研究工作有:(1)轉子型線及齒形設計;(2)噴油過程對壓縮機泄露、換熱和摩擦方面影響;(3)熱力學(泄漏、傳熱、油氣換熱的數學模型,排氣孔口流動)過程的研究;(4)轉子振動與噪聲研究等;(5)對于雙螺桿泵,其流場內的空化效應也是工程師十分關注的問題。以上技術關注點應用到CFD分析具有以下技術難點:(1)需要考慮陰陽轉子之間極微小的嚙合間隙;(2)轉子區域為大變形區域,需要建立高質量的初始結構網格;(3)需要設置轉子部分的動網格,描述由于轉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和熱力學特性;(5)對于泵則需要考慮流場內部的空化效應;(6)需要考慮由于流場擾動引起的流致振動。由于以上技術難點的存在,目前關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公司聯合倫敦城市大學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、排出段和轉子部分構成。本案例由專業雙螺桿壓縮機設計及前處理軟件SCORG和專業運動機械CFD軟件PumpLinx聯合完成。首先采用SCORG對轉子部分進行結構網格劃分,并將生成的網格模型導入PumpLinx軟件,在PumpLinx軟件中進行吸入、吸出端的網格生成、轉子區域的動網格設置(雙螺桿壓縮機模板)、CFD計算模型及邊界條件設置、求解及后處理等工作。
SCORG為專業的雙螺桿機械型線設計和前處理軟件,通過輸入雙螺桿機械陰陽轉子型線數據和齒數、節距及軸徑等相關參數,即可自動生成雙螺桿壓縮機轉子部分結構網格。SCORG生成的網格可直接導入PumpLinx軟件,并直接調用雙螺桿壓縮機模板,設置轉子區域的動網格和計算模型相關參數。如右表所示:通過對該雙螺桿壓縮機進行6000rpm和8000rpm兩個工況的預測分析,并最終與試驗值進行對比分析,驗證了數值結果的準確性,同時也為雙螺桿壓縮機的產品優化及性能分析提供了一種更為便利和經濟的手段。
SCORG軟件可通過輸入雙螺桿泵或壓縮機的軸徑、節距、中心距等相關型線參數,可自動進行雙螺桿泵或壓縮機的型線設計和優化;?
SCORG可自動生成雙螺桿壓縮機轉子區域的結構網格,可考慮真實級別的嚙合間隙,降低網格生成難度,提高效率;?
PumpLinx雙螺桿模板可自動設置動網格,實現轉子區域的流體域變形,降低動網格設置難度,提高效率;?
PumpLinx求解器功能強大,求解速度快,收斂性和穩定性高,結果準確;? PumpLinx計算結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的聯合作用,可快速進行雙螺桿泵或壓縮機的產品設計、性能分析和優化設計,實現雙螺桿壓縮機的產品驗證和研發,有效提高工程師的工作效率,縮短研發周期。
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