涡旋压缩机三维数值模拟及排气过程研究

为了揭示涡旋压缩机内部流动规律提高数值模拟精度,本文建立了涡旋压缩机流体区域三维结构化动网格模型,并讨论了数值模拟方法;基于结构化动网格对涡旋压缩机工作过程进行三维数值模拟,得到其内部流场分布;分析了压力场、温度场的分布规律,研究了排气过程中流场的变化特点,并讨论了排气过程中的压力损失;结果表明在排气过程中排气腔的顶部和底部及排气口内部都存在涡流,由此引起流场分布的不均匀。研究内容有助于涡旋压缩机的设计及排气口的开设。     

新型涡旋多相泵原理及其工作过程研究

提出了一种新型涡旋式气液多相混输泵,通过构建变啮合间隙涡旋齿型线,使得所形成的压缩腔存在一条通向排出口的内泄漏卸压通道。构建了一种液相压缩卸荷的新方法,解决了容积式多相泵在混输较高含液率介质时易出现的压缩腔液击问题。介绍了新型涡旋多相泵的工作原理,得到了变啮合间隙涡旋齿型线的生成方法和型线方程,分析了工作腔容积和啮合间隙的变化规律。建立了涡旋多相泵工作过程中气液介质在伴有内泄漏时的增压过程热力模型,求解得到了工作过程中压力的变化规律。     

涡旋压缩机全啮合渐变壁厚涡旋齿的设计与分析

针对现有涡旋压缩机涡旋齿设计过程复杂,等壁厚涡旋齿应力分布不均匀的问题;本文基于法向等距线法,提出全啮合涡旋齿型线的设计方法;由此方法得到了一种新型全啮合渐变壁厚的涡旋齿,其中心和外圈分别由基圆渐开线和变径基圆渐开线组成;建立了所提出的涡旋齿的几何理论。采用数值模拟得到了涡旋压缩机的工作腔流场和涡旋齿的应力和变形,比较了所提出的渐变壁厚涡旋齿和传统的等壁厚涡旋齿的不同。结果表明:所提出的涡旋齿对介质的增压过程快,压缩比大,涡旋齿应力和变形小。     

基于自适应非结构化网格的VOF方法

本文提出了一种基于自适应非结构化网格的VOF算法,根据相界面网格的相函数值对相界面网格进行自适应细化与合并,通过基于非结构化网格的界面构造方法构造相界面,在适量增加网格单元数量的情况下提高了计算的精度。该方法随着时间及相界面的变化无需重新整体生成网格,算法效率较高。经典算例的验证结果表明,本文自适应网格方法计算得到的结...     

非结构子网格压力方法

纯拉氏流体力学计算失败的根源是砂漏运动和虚假涡旋,运用子网格拉氏质量与其相关的子网格密度得到子网格压力,子网格压力产生的扰动隅角力能消除这些虚假运动,以便消除困扰拉氏流体力学算法的网格畸变带来的数值计算困难.将包括子网格压力的相容流体算法推广到非结构网格,研制包括非结构子网格压力的相容流体程序,对Saltzman活塞问题进行数值模拟,从数值结果分析可知,非结构子网格压力方法能抑制虚假涡旋,消除砂漏畸变.     

结合前沿推进的Delaunay三角化网格生成及应用

采用一种新的混合网格生成方法,生成复杂区域的非结构化网格.结合前沿推进法和Delaunay三角化两种非结构网格生成方法的特点,在边界处采用前沿推进法进行三角形初始网格的生成,在边界区域内部采用Delaunay三角化方法自动生成内部节点.分析表明,该算法简化网格生成过程,能够快速有效地生成非结构化网格.在计算时间以及网格的均匀性方面与其他方法相比具有一定的优势.最后,用混合网格生成方法生成方柱绕流的计算域网格,并运用基于特征线方程的分离算法进行流场计算.     

基于流场模拟的涡旋压缩机涡齿应力变形分析

为了更准确地计算涡旋压缩机涡旋齿的应力和变形,提出一种基于流场模拟的应力变形计算方法。通过对涡旋压缩机工作过程进行气体流动的数值模拟,得到其压力场和温度场分布。将流场分布作为载荷边界条件进行涡旋齿的受力变形计算,得到涡旋齿在气体压力、热载荷及其同时作用下的应力分布和变形规律。分析了涡旋齿的径向变形和轴向变形,讨论了不同主轴转角下的涡旋齿应力和变形,比较了动涡旋齿和静涡旋齿的变形。结果表明:在压缩结束时刻动涡旋齿的应力和变形最大,最大应力位于齿头根部,最大变形位于齿头顶部。     

离心叶轮及无叶扩器内湍流的非结构化网格数值解法

利用非结构化网格上的有限体积法对三维湍流进行了数值研究,提出了不用求解单元顶点处变量值的二阶混合差分格式,既避免了复杂耗时的单元顶点处变量值的计算,又避免了普通差分格式在非结构化网格上易于引起网格界面方向相关性问题。最后利用非结构化网格计算程序,数值求解了一台离心风机内叶轮及无叶扩压器通道内三维相对定常湍流,计算结果与实验值的比较表明速度的计算值与实验值吻合较好。     

涡旋压缩机不对称双涡旋齿型线的构建与模拟

采用双涡旋齿涡旋盘结构能够有效地提高涡旋压缩机的吸气量,然而存在内容积比小、允许开设的排气口面积小的缺点.针对此问题,本文提出一种涡旋压缩机的新型不对称双涡旋齿,利用中线法得到了涡旋齿型线的设计方法,并且建立其几何模型;通过三维数值模拟研究其工作腔内部的气体流场,并与现有的双涡旋齿涡旋压缩机进行对比.结果表明:所提出的...     

一种非结构/结构多层混合网格方法及其应用

对于粘性绕流的数值模拟,在自适应直角网格基础上,结合三角形非结构网格和结构化网格,利用其各自的优势和特点,提出一种生成混合杂交网格的思路和方法.在物面附近生成适合粘性流计算的大长宽比结构化网格,在远场分布自适应直角网格,快速离散计算空间.对于复杂的多体问题,采用三角形网格来连接各体网格,并运用网格合并的方法,保证各网格之间的光滑过渡与连接,提高网格质量.针对一些二维、三维外形的绕流问题,在上述网格基础上,采用B-L代数湍流模型和中心有限体积法,完成Navier-Stokes和Euler方程数值模拟的对比计算,结果表明网格生成和流场计算是正确的.     

汽车空调修正型线涡旋压缩机压缩腔模型特色

总结了任意圈数涡旋压缩机型线啮合压缩腔对数的取值方法。针对渐开线型线始端采用对称圆弧加直线修正的汽车空调涡旋压缩机,分析了修正型线啮合过程的特殊性,提出了次压缩腔和中心压缩腔轴向投影面积的计算方法并建立了数学模型。根据型线始端修正后涡旋壁厚不再随主轴转角变化的本质特征,提供了一种简明的中心压缩腔容积计算方法。所建立的压缩腔容积计算数学模型完善了对称圆弧加直线修正理论。在此基础上,可以进行修正角的最优化设计并能预测修正型线涡旋压缩机性能。     

温度体动网格模型中控制参数的研究

采用调整导热系数和源项分布的方式,对温度体动网格模型所生成的网格品质进行控制.温度体动网格模型将运动边界的位移虚拟为求解域的温度边界条件,以流体能量方程或固体导热方程作为控制方程,通过选取不同的导热系数或源项分布可以得到适合不同求解问题需要的温度分布,并将求解得到的网格节点的温度作为其动态位移量.采用温度体动网格模型计算平动、三维旋转运动、柔性体运动等流固耦合计算中可能涉及的动网格算例.结果表明,在计算效率和生成网格的品质方面,与已有的动态网格生成方法相比,具有较大的优势,可以有效解决流固耦合数值模拟中存在的动态网格生成难题.     

粘性不可压流体流动问题用直角坐标网格的贴体解法

研究一种新的全贴体的求解粘性不可压流体流动问题的非结构化直角坐标网格方法.该方法在于利用直角坐标网格但通过在边界附近保留不规则控制体,使得算法是完全贴体的.这有别于目前流行的各种非结构化直角坐标网格方法.通过对两个典型流动问题的计算对该数值方法进行验证.对比结果表明,本方法计算的结果与精确解和STAR-CD的结果在一定Re数和网格数时是很接近的,可以满足一定的精度要求,说明该数值计算方法是可行的.还对二维钝头体周围的流场进行了计算,计算的流场与STAR-CD的结果相当吻和,说明该算法还可计算较复杂的流动现象.     

包含动边界的非定常流场动网格数值模拟

发展建立了用于多体分离等包含动边界的非定常流场数值模拟方法,建立了笛卡尔坐标系下边界以任意速度运动的控制体上的流动控制方程,结合几何守恒律确定网格速度,发展了基于结构网格的动网格方法,网格移动量采用加权插值方法得到.通过数值模拟二维翼型及三维机翼的强迫振荡非定常流场,表明该方法可以数值模拟包含动边界的非定常流场.     

一种涡旋压缩机泄漏间隙内气体泄漏模型

针对容积式机械泄漏间隙内的流动参数难实验测量的情况,提出一种容积式机械间隙内考虑摩擦的、可压缩的实际气体的绝热稳态流动的数学模型,并根据实际的涡旋压缩机原型拓扑出几何模型。运用一种复合的网格构建方法,建立CFD模型。得到了径向泄漏和切向泄漏不同压差、不同间隙宽度的质量流率。研究结果表明:带有摩擦的模型的质量流率约为等熵喷嘴模型的1/4;与修正的模型相比,其值接近,随着间隙和压差的减小,摩擦对于流动的影响越来越明显,所以曲线的衰减速度大于现有模型。得到径向泄漏和切向泄漏间隙内的压力分布图和速度矢量图,压力由高压到低压平缓过渡,间隙内速度最大值为200 m/s,其马赫数小于1,未发生阻塞现象。     

惯性约束聚变内爆中基于多块结构网格的高效辐射扩散并行算法

针对三维球形靶丸内爆高效模拟需求和传统笛卡尔正交网格上辐射加源困难的问题, 发展一种多块结构非正交网格生成方法, 并基于此种计算网格提出高效的三维扩散格式并行算法, 将其应用于辐射流体方程组的求解和三维内爆不对称性的数值模拟, 数值结果显示了算法的有效性。并行性能测试显示该算法可扩展到5400个核上, 并行效率达到69%。     

基于车身外形CAD数据的表面氯动网格生成

提出一种在非均匀参数空间上生成表面数值网格的方法,开发了相应的表面网格生成软件ＳＧＲＩＤ,并应用于汽车动力学计算机仿真中具有复杂几何外形的车射表面网格生成。     

液舱横荡非结构网格高阶格式数值模拟

提出一种液舱横荡数值模拟的方法,将气液两相交界面视为物理间断,通过高阶精度离散格式捕捉间断.根据NVD(Normalized Variable Diagram)实现非结构化网格上高精度离散格式,建立固定网格上自由表面运动模拟方法.在开发的非结构网格有限体积法求解器GTEA(General Transport Equation Analyzer)基础上,实现上述方法.首先对经典的溃坝过程进行模拟,并与文献结果对比验证方法和程序的可信度.对二维矩形液舱在不同激振频率时的横荡进行数值计算,并与实验以及商业软件CFX计算结果进行比较.结果表明方法和软件可以模拟自由面的翻卷、破碎运动现象,对距自由面较深点处流体载荷的计算结果与实验值符合较好,与商业软件CFX相比,在相同计算网格下,算法可以更好的计算次峰值,验证方法正确可行.     

子网格在DSMC中的作用及三角形子网格

本文采用直接模拟蒙特卡罗方法对二维微通道内Poiseuille流动进行了数值模拟,通过对不同网格密度下计算结果与"收敛"结果的比较,得到了计算网格特别是子网格系统对计算结果的影响;在此基础上,发展了基于Delaunay三角形非结构网格的子网格系统,讨论了采用该子网格的非结构化网格对模拟结果的影响,结果表明:该方法能有效提高模拟的准确性,而常规无子网格的非结构网格将"虚假"地增加气体流动的稀薄性。     

基于非结构化网格的多相流场求解与表面张力优化

本文推导了基于非结构化网格的投影法,将其与基于非结构化网格的PLIC方法进行耦合,实现了多相流动相界面的精确构造。从CSF模型出发,对相界面表面张力在非结构化网格上进行了优化,实现了表面张力的精确计算。对静态液滴算例进行了模拟,分别验证了方法的静态和动态准确性。最后模拟和分析了方腔顶盖反向驱动剪切流场中的液滴变形和破裂过程,发现两相流体的黏度比与液滴破裂的临界毛细数呈分段线性关系;液滴半径与临界毛细数之间呈线性关系。