球塞式空气压缩机流场分析及结构优化.pdf

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1、2014年第3期液压与气动1l5doi：10．11832／j．issn．1000—4858．2014．03．030球塞式空气压缩机流场分析及结构优化金鸣，汪德林，周依霖，柯尊荣(1．南昌航空大学航空制造工程学院，江西南昌330063；2．南昌大学机电工程学院，江西南昌330031)摘要：新型球塞式空气压缩机以球形物作为活塞，完成吸气、压缩和排气过程。采用CFD动网格技术和UDF功能，对球塞吸气和压气动态过程进行流场仿真，得出了不同时刻速度矢量图。通过速度矢量图，分析球塞工作腔内空气在吸气、压缩和排气过程中的流动状况，并根据分析结果对工作腔进行结构优化，改进后的工作腔中涡

2、流现象明显减小，从而减小振动、噪声和能量损失。关键词：球塞式空气压缩机；动网格技术；流场仿真；结构优化中图分类号：TH137文献标志码：B文章编号：1000-4858(2014)03-0115-04FlowFieldAnalysisandStructureOptimizationofBallPistonAirCompressorBasedonCFDJINMing，WANGDe．1in，ZHOUYi—lin，KEZun—rong(1．CollegeofAviationandManufacturingEngineering，NanchangHangkongUniversit

3、y，Nanchang，Jiangxi330063；2．SchoolofMechanical&ElectricalEngineering，NanchangUniversity，Nanchang，Jiangxi330031)Abstract：Thenewballpistonaircompressorwithasphericalpistonachievesitssuction，compressionandex—haust．TheCFDdynamicmeshtechniqueandUDFfunctionwasusedtosimulatethedynamicprocessesof

4、suctionandpressgas．Thevelocityvectordistributionatdifferenttimeswasobtained．Theflowconditionsoftheworkingvolumeduringsuction，compressionandexhaustwereanalyzed．Thestructureofworkingvolumewasoptimizedac—cordingtotheanalysisoftheflowcondition．Theresultsshowthattheoptimumstructureobviouslyre

5、ducesthetur—bulence，therebyreducesvibration，noiseandenergyloss．Keywords：ballpistonaircompressor，dynamicmeshtechnique，flowfieldsimulation，structureoptimization引言塞式空气压缩机的流场规律。近些年，随着计算机技球塞式空气压缩机是一种新型容积式回转压缩术的提高，CFD软件功能得到不断完善。应用动网格机，主要构件包括定子、转子、球塞和配流轴。如图1技术能够简单、迅速地模拟流场由于边界运动而随时所示，定子内壁为椭圆形轨道槽

6、，配流轴安装在定子间发生变化的问题。由于球塞式空气压缩机的三维实上，转子高速旋转，球塞在惯性力、气体压力和定子反体模型比较复杂，且转子转动过程中，八个球塞在转子作用力作用下沿定子内壁作椭圆周运动，球塞、转子和缸孔内作往复直线运动，每个迭代时间步流场的网格配流轴形成的工作腔体积发生周期性变化，从而实现都需要重新计算和划分，这使得计算量很大，而且对计吸气、压缩和排气过程，配流轴使吸入和排出的气体按算机的配置要求较高。由于相关硬件的限制，本研究规定方向流动⋯。此压缩机结构紧凑、易损件少、可靠性高、能够实现高转速，具有广阔的开发应用前景。收稿日期：2013-09—17球塞式空气

7、压缩机中空气流动传热过程非常复作者简介：金鸣(1972一)，男，上海人，本科，主要从事液压元杂，而且早期建立的空气压缩机理论模型很难满足球件研究和加工工作。116液压与气动2014年第3期DBsc=√7(。=：一一)sin+(6一)c。s一(6一)C1．定于2．转子3，球塞4．配流轴图1球塞式空气压缩机结构简图只对其中一个缸孔内的二维模型进行流场仿真，分析吸气、压缩和排气过程中空气在工作腔内的流动状况，并根据分析结果对工作腔进行结构优化。1动网格模型建立=一器(。一詈)(6一)((口一)一(6一))1．1空气流动与传热的控制方程压缩机内的