文章编号： １００５-０３２９（２０１６）檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐
殐殐殐０２-００１７-０７设计计算收稿日期： ２０１５-０４-２７ 修稿日期： ２０１５-０７-１６
基金项目： 国家自然科学基金项目（５０８０６０８２）涡旋压缩机非定常流动的三维数值模拟查海滨，张晓慧，王 君，姜 营，仇性启（中国石油大学（华东），山东青岛 ２６６５８０）摘 要： 针对涡旋压缩机工作过程中运动部件公转平动的运动方式使得工作腔内流场难以测试的问题，提出了带有移动边界、啮合间隙和封闭工作腔的涡旋压缩机非定常流动的三维数值计算方法。以齿头双圆弧修正型线为例，建立了三维几何模型。解决了带有啮合点的动边界在动网格中容易出现的负体积问题以及排气口遮挡问题，实现了三维数值模拟。得到了任意曲轴转角下的各工作腔内各截面的气体流动的压力和速度的动态分布规律，揭示了增压过程中腔内流动状态的变化机理。模拟结果表明：压力在各工作腔分布均匀，最大与最小压力之差不超过５％。沿着涡旋齿型线齿尾到齿头，内外侧的压差逐渐增大。速度分布不均匀，单个工作腔内最大最小速度之差可达到１８０ｍ／ｓ。径向泄漏沿啮合线呈对称分布，速度呈跳跃式分布，最大泄漏速度为２００ｍ／ｓ，切向泄漏最大泄漏速度可达４５０ｍ／ｓ。
关键词： 压缩机；计算机模拟；动态仿真；流场
中图分类号： ＴＨ４５ 文献标志码： Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５-０３２９．２０１６．０２．００４
Ｎｕｍｅｒｉｃａl ＳｉｍｕlａｔｉｏｎｏｆＴｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａl ＵｎｓｔｅａｄｙＦlｏｗｉｎｔｈｅＳｃｒｏll ＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒＺＨＡＨａｉ-ｂｉｎ，ＺＨＡＮＧＸｉａｏ-ｈｕｉ，ＷＡＮＧＪｕｎ，ＪＩＡＮＧＹｉｎｇ，ＱＩＵＸｉｎｇ-ｑｉ（ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏlｅｕｍ，Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５８０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏｓｏlｖｅｔｈｅｐｒｏｂlｅｍｔｈａｔｔｈｅｆlｏｗｆｉｅlｄｉｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｏｆｔｈｅｓｃｒｏll ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｃａｎｎｏｔｂｅｇｅｔｉｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎ-ｔａl ｗａｙ，ｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓlａｔｉｏｎａl ｒｅｖｏlｖｅｐａｔｔｅｒｎｏｆｉｔｓｍｏｖｅｍｅｎｔｐａｒｔ，ａｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａl ｕｎｓｔｅａｄｙｎｕｍｅｒｉｃａl ｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈａｍｏｖｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙ，ｃlｅａｒａｎｃｅａｎｄｃlｏｓｅｄｃｈａｍｂｅｒｗａｓｓｕｐｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅl ｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｆｉlｅｗｉｔｈｄｏｕｂlｅａｒｃｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｒｏｂlｅｍｔｈａｔｔｈｅｎｅｇａｔｉｖｅｖｏlｕｍｅｉｎａｍｏｖｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｗａｓｓｏlｖｅｄａｎｄｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａl ｎｕｍｅｒｉ-ｃａl ｓｉｍｕlａｔｉｏｎｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｖｅlｏｃｉｔｙｆｉｅlｄｓｏｎｅａｃｈｓｅｃｔｉｏｎｕｎｄｅｒａｎｙｃｒａｎｋａｎｇlｅｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ，ｓｏｉｔｃａｎｓｈｏｗｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｆlｏｗｓｔａｔｅｄｉｒｅｃｔlｙａｎｄｒｅｖｅａl ｔｈｅｃｈａｎｇｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｉｍｕlａｔｉｏｎｒｅｓｕlｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｆｉｅlｄｉｎｗｏｒｋｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｗａｓｗｅll-ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｍａｘｉｍｕｍａｎｄｍｉｎｉｍｕｍｐｒｅｓｓｕｒｅｄｏｅｓｎｏｔｅｘｃｅｅｄ５％．Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａl ｐｒｅｓｓｕｒｅｇｒａｄｕａllｙｉｎｃｒｅａｓｅｄａlｏｎｇｔｈｅｐｒｏｆｉlｅ．Ｖｅlｏｃｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｓｕｎｅｖｅｎ，ｉｎａｓｉｎｇlｅｗｏｒｋｉｎｇｃｈａｍｂｅｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｍａｘｉｍｕｍｍｉｎｉｍｕｍｓｐｅｅｄｃａｎｒｅａｃｈ１８０ｍ／ｓ．Ｒａｄｉａl lｅａｋａｇｅａlｏｎｇｔｈｅｍｅｓｈｉｎｇlｉｎｅａｒｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃａl ｄｉｓｔｒｉ-ｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｏｆｔｈｅlｅａｋａｇｅｖｅlｏｃｉｔｙｃａｎｒｅａｃｈ２００ｍ／ｓ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｏｆｔａｎｇｅｎｔｉａl lｅａｋａｇｅｖｅlｏｃｉｔｙｗａｓｕｐｔｏ４５０ｍ／ｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ；ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕlａｔｉｏｎ；ｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕlａｔｉｏｎ；ｆlｏｗｆｉｅlｄ
符 号
γ
———动涡旋初始偏移角度，°θ———主轴转角，ｒａｄ，θ＝ω
ｔω
———角速度，ｒａｄ／ｓｔ———时间，ｓ
ρ
———流体密度，ｋｇ／ｍ３Ｕ———流场的的特征速度，ｍ／ｓ
Ｌ———流场的的特征长度，ｍ
μ
———动力粘度，Ｎ·ｓ／ｍ２１ 前言涡旋压缩机工作过程由于动涡旋的公转平动使其工作腔容积做周期性的变化，而且工作腔容积位置不固定，在不同的位置完成吸气、压缩和排气过程，因而工作过程中运动部件的运动方式和瞬态变化的流动特性使得工作腔内气体状态参数和流场难以用实验直接测量，采用数值模拟方法能形象直观地再现流场，较好地预测压力增加过７
１２０１６年第４４卷第２期 流 体 机 械