超高压压缩机气缸缸内流场有限元分析开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1基本背景

压缩机是提高和传送高压气体的一种通用机械。它是将原动机(通常是电动机)的机械能转换成气体压力能的装置,是压缩空气的气压发生装置。空气压缩机的种类很多,按工作原理可分为容积式压缩机,往复式压缩机,离心式压缩机。容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积,使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力;离心式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度,使气体分子具有的动能转化为气体的压力能,从而提高压缩空气的压力;往复式压缩机(也称活塞式压缩机)的工作原理是直接压缩气体,当气体达到一定压力后排出。空气压缩机的选择主要依据气动系统的工作压力和流量。 气源的工作压力应比气动系统中的最高工作压力高20%左右,因为要考虑供气管道的沿程损失和局部损失。如果系统中某些地方的工作压力要求较低,可以采用减压阀来供气。空气压缩机的额定排气压力分为低压(0.7~1.0MPa)、中压(1.0~10MPa)、 高压(10~100MPa)和超高压(100MPa以上),可根据实际需求来选择。

1.2目的及意义

气缸作为气体运输的载体,缸内气体流动所产生的压力损失将是影响压缩机能效的主要原因,由于压缩机在工作中对不同气体压力的需求都可以通过对气缸中气体的压缩或膨胀得到满足,所以气缸内气体的流动分析对改善压缩机性能具有重要意义,此外阀口作为气缸和气腔的唯一连接通道,其内部气体流动的研究也是气缸流场分析的一部分。在实际工作中,气缸流场的性能主要依据输气量来评价,而输气量是由曲轴转速、阀口面积、工况等压缩机参数决定,另外其还受阀片的反作用力影响。所以若想提高往复式压缩机气缸流场的能效,则必须分析气缸流场中气体的流动情况、气缸流场在不同压缩机参数下的压力损失以及阀片运动对气缸流场的影响。

1.3国内外研究现状

气缸内部流场的压力损失直接影响压缩机的能效。而气缸流场作为往复式压缩机的工作核心,它不仅是判断往复式压缩机工作状况的依据,也是分析其他相关部件受力情况的基础,因此气缸流场必然与压缩机的经济性与稳定性息息相关,所以气缸流场的研究对提高压缩机能效具有重要意义。在国外,很多外国学者在对压缩机的工作过程进行模拟的同时都对气缸流场进行了分析研究,他们通常是通过建立数学模型来模拟往复式压缩机工作过程中的压力变化,或通过建立简化后的气阀及气缸模型来进行数值模拟,其中 M.G.MEERE 等人曾利用一个耦合系统的非线性偏微分方程和正式的渐进化数字解决方案建立了数学模型,描述了制冷工质在压缩机气缸内压力、密度和温度的变化。Pascal Stouffs 经过试验得出了气缸流场的 P-V 图,可惜在此次试验中阀片的运动没有被记录,只能根据其他数据推测出气缸壁因摩擦等原因产生了不可忽视的损失。Touber 利用经典理论建立了压缩过程的数学模型,并通过求解算术和常微分方程快速的估算出能耗等系统参数,但所估算得到的数值只能作为分析参考。在压缩机气缸流场能耗分析中,除了整体分析气缸流场外,Chung 则是通过数值模拟着重研究气阀的能耗问题,模拟求得了流体通过排气阀的压力损失。

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