压缩机数值分析课件2活塞缩机热力模拟1.ppt

* 压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟 2.1 以往方法的问题/缺陷 容积式压缩机的工作过程中，存在许多复杂的物理现象。这些现象相互作用，影响到压缩机的排气量（制冷量）、轴功率（电功率）与效率，以及压缩机的可靠性、振动与噪音等宏观特性。 这些经验系数/（半）经验公式对实验条件依赖型大，有很大的局限性； 一个经验系数往往包含多个影响因素，难以说明单个因素的影响； 用半经验公式不易做到优化设计。 过去以手工计算为基础的研究与设计压缩机的方法，是通过大量的实验总结出各种因素对压缩机性能（Performance：排气量、功率与效率指标（绝热效率、指示效率、机械效率）的影响，并有热力学、流体力学、传热学及理论力学等对此实验结果加以解释，得到含有经验系数的简单公式。 压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟 压缩机内部的压缩过程简化为多方过程 多方指数n与工质比热比或绝热指数k、压缩过程的泄漏、传热相关 k大 工质向气缸内泄漏 气缸壁等向工质传热 n大 K小 工质向气缸外泄漏 工质向气缸壁等传热 样机P－V实验曲线拟合出n Ni计算与试验结果比较，得到n 例1：用多方指数n计算指示功率Ni n小 但： 如果影响泄漏的因素（压差、间隙、活塞环与填料的密封效果、工质粘性等）与传热的因素（环境温度、冷却水温、冷却效果、吸气温度等）变化了，上述得到的n 就不适用了； 由此得到的n难以分离开传热、泄漏等对Ni的影响； S/D也影响到n，这样用固定的n就难以优化S/D。 压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟 例2：用分解为容积系数、温度系数及压力系数的进气系数/容积效率 计算压缩机排气量 选取容积系数、温度系数及压力系数，得到压缩机容积效率， 从而可以计算压缩机排气量。 提供了一种计算压缩机排量的方法 优点： 缺点： 实验得到的容积效率对实验条件依赖型大，有很大的局限性； 一个系数往往包含多个影响因素，难以说明单个因素的影响； 不易用于分析如何通过优化设计参数提高容积效率。 压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟 2.2 热力过程数值模拟的基本思路 热力过程数值模拟： 用计算机数值计算压缩机工作腔(汽缸内各腔、吸气流道各腔、排气流道各腔等）/汽缸内的压力、温度、质量随时间/压缩机转角的变化，以及各处泄漏、传热与吸气和排气流动等的变化，然后积分出压缩机的排气量/制冷量、指示功率及其损失分布。 数值计算运动零件的运动状态与受力随时间/压缩机转角的变化，及滑动轴承的轴心轨迹，计算出各摩擦副的瞬时损失，然后积分出各处的平均摩擦损失，从而得到总摩擦损失、压缩机轴功率、摩擦损失分布和曲轴转速波动等。 动力学数值模拟： 因为与压缩机气缸吸排气流量密切相关，气阀动态特性/运动过程一般也包含在压缩机热力过程模拟中。 通过随时间/转角联立求解描述压缩机内部有关物理现象的数学模型，然后计算出 压缩机的性能综合指标：排气量（制冷量）、轴功率（电功率）、效率与损失分布 压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟 热力过程数值模拟的基本思路： 压缩机内工作腔/处于吸气、压缩、排气 与膨胀过程的汽缸容积 控制容积 变质量热力学 吸气、排气、泄漏 控制容积与外界的质量、能量交换 工质与汽缸、活塞及缸头壁面的换热 控制容积与外界的热交换 工作腔容积的变化 控制容积与外界的功交换 Step1：物理模型 控制容积边界 排气 进气 做功 热交换 泄漏 压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟 Step2：数学模型 Step3：求解 建立控制容积能量微分方程、质量微分方程，同时建立吸气阀运动微分方程与排气阀运动微分方程，并以气缸容积方程、工质状态方程、传热方程、泄漏方程、吸气流动方程及排气流动方程作为补充方程； 联立求解容积能量微分方程、质量微分方程，同时求解吸气阀运动微分方程与排气阀运动微分方程 积分出压缩机的排气量/制冷量、指示功率及其损失分布 Step4：综合指标 对压缩机作为一个整体从宏观上进行研究 （如变化一设计参数测试外部性能） 研究压缩机内部物理现象＋ 联立求解复杂方程 压缩机与制冷系统数值分析 第二章 往复活塞压缩机热力过程数值模拟 2.3 优点 方程/分析结果适用性较广 分析众多设计变量对性能的影响 可用于优化设计（比较不同方案或与优化方法相结合） 降低研究或设计成本 缩短研究或设计周期 克服试验局限 分析结果信息量大，便于了解压缩机工作机理 预测新产品性能 估计损失分布，提出改进方向 容积压缩机计算机/数值模拟技术