双螺杆泵&压缩机CFD分析解决方案
2017-04-06 by:CAE仿真在线 来源:互联网
双螺杆泵/压缩机是一种应用广泛的通用机械,它由一对平行布置相互啮合的阴阳转子和机壳组成,依靠运转时容积的变化来吸入、压缩和排出流体。双螺杆泵/压缩机具有结构合理、节能环保、液力脉动小、输送介质的粘度范围广、输送流量大、平稳可靠、寿命长等显著的优点,广泛应用于船舶、石油、化工、冶金、电力等领域。围绕提高双螺杆机械的性能,主要的研究工作有:(1)转子型线及齿形设计;(2)喷油过程对压缩机泄露、换热和摩擦方面影响;(3)热力学(泄漏、传热、油气换热的数学模型,排气孔口流动)过程的研究;(4)转子振动与噪声研究等;(5)对于双螺杆泵,其流场内的空化效应也是工程师十分关注的问题。以上技术关注点应用到CFD分析具有以下技术难点:(1)需要考虑阴阳转子之间极微小的啮合间隙;(2)转子区域为大变形区域,需要建立高质量的初始结构网格;(3)需要设置转子部分的动网格,描述由于转子流体域变形所引起的流场变化;(4)对于压缩机,需要同时考虑流场的动力学和热力学特性;(5)对于泵则需要考虑流场内部的空化效应;(6)需要考虑由于流场扰动引起的流致振动。由于以上技术难点的存在,目前关于双螺杆泵和压缩机的三维非定常分析的文献较少,主要基于试验分析。近期Simerics公司联合伦敦城市大学对双螺杆压缩机进行了详细的CFD性能分析,突破了双螺杆压缩机CFD分析的各项瓶颈,取得了喜人的成绩。双螺杆压缩机模型如下图所示,提取后的流体域部分由吸入段、排出段和转子部分构成。本案例由专业双螺杆压缩机设计及前处理软件SCORG和专业运动机械CFD软件PumpLinx联合完成。首先采用SCORG对转子部分进行结构网格划分,并将生成的网格模型导入PumpLinx软件,在PumpLinx软件中进行吸入、吸出端的网格生成、转子区域的动网格设置(双螺杆压缩机模板)、CFD计算模型及边界条件设置、求解及后处理等工作。
SCORG为专业的双螺杆机械型线设计和前处理软件,通过输入双螺杆机械阴阳转子型线数据和齿数、节距及轴径等相关参数,即可自动生成双螺杆压缩机转子部分结构网格。SCORG生成的网格可直接导入PumpLinx软件,并直接调用双螺杆压缩机模板,设置转子区域的动网格和计算模型相关参数。如右表所示:通过对该双螺杆压缩机进行6000rpm和8000rpm两个工况的预测分析,并最终与试验值进行对比分析,验证了数值结果的准确性,同时也为双螺杆压缩机的产品优化及性能分析提供了一种更为便利和经济的手段。
SCORG软件可通过输入双螺杆泵或压缩机的轴径、节距、中心距等相关型线参数,可自动进行双螺杆泵或压缩机的型线设计和优化;
SCORG可自动生成双螺杆压缩机转子区域的结构网格,可考虑真实级别的啮合间隙,降低网格生成难度,提高效率;
PumpLinx双螺杆模板可自动设置动网格,实现转子区域的流体域变形,降低动网格设置难度,提高效率;
PumpLinx求解器功能强大,求解速度快,收敛性和稳定性高,结果准确; PumpLinx计算结果可直接输出至噪声分析软件,进行双螺杆压缩机的流致噪声分析。
由此可知,通过SCORG与PumpLinx的联合作用,可快速进行双螺杆泵或压缩机的产品设计、性能分析和优化设计,实现双螺杆压缩机的产品验证和研发,有效提高工程师的工作效率,缩短研发周期。
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