涡旋式膨胀机内部流场的数值模拟研究.pdf

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1、2013年第4l卷第2期流体机械15文章编号：1005—0329(2013)02—0015—04涡旋式膨胀机内部流场的数值模拟研究杨兴华潘家祯王吉岱张臻臻(1．华东理工大学，上海200237；2．山东科技大学，山东青岛266590)摘要：为研究涡旋式膨胀机内部流体的流动特性，本文在分析涡旋式膨胀机工作原理的基础上，建立了内部工作腔的二维模型。模拟计算采用了动网格和标准k—s湍流模型，利用Fluent6．3模拟实现了涡旋膨胀机内部气体非定常流动的动态分析，得到了不同转角时刻的压力分布和速度分布图，模拟结果表明膨胀腔内压力和速度的分布存在不均匀性。为深入

2、研究膨胀机的工作特性提供了参考依据。关键词：涡旋式膨胀机；流场；数值模拟中图分类号：TH12；TB653文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2013．02．004NumericalSimulationResearchontheInteriorFlowFieldofScrollExpanderYANGXing．hua'，PANJia．zhen，WANGJi．dai，ZHANGZhen．zhen(1．EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，Chi

3、na；2．ShandongUniversityofScienceandTechnology，Qingdao266590，China)Abstract：Inordertostudytheinteriorflowfieldcharacteristic。atwo—dimensionalmodelofthescrollexpanderhasbeende．veloped．，I’hedynamicmeshandastandardk一￡turbulencemodelWaSUSe,dinthesimulation．WiththeaidofthesoftwareFlu

4、．ent6．3，theunsteadyflowfieldincludingthepressureandthevelocitydistributionintheworkingchamberwereachieved．Re—sultsshowthatthedistributionofthepressureandthevelocityisaSymmetric．Theseprovidetheoreticalreferenceforfurtherstudyoftheworkingperformanceofthescrollexpander．Keywords：sc

5、rollexpander；flowfield；numericalsimulation1前言目前，关于涡旋式膨胀机的研究主要集中在热力学过程分析、气体泄漏及工作过程模拟、涡盘涡旋式膨胀机最早的应用出现在1993年，日的受力分析等方面‘2J，但是，关于涡旋膨胀机内本某汽车公司在Rankine循环中利用涡旋膨胀机部流场的模拟研究鲜有报道，大部分研究集中于作为能量转换装置来提高发动机的燃料利用效涡旋压缩机的流场模拟J。实际上，与涡旋压率。该膨胀机利用发动机冷却系统中的废热作为缩机类似，在涡旋膨胀机内部，由于动、静涡盘的驱动动力，试验结果表明在环境温度为25c

6、I=时其啮合形成了复杂的流道形状以及零部件间的相互回收能量占机车输出总能量的3％E12。近年来，作用，气体的流动过程十分复杂，气体压力的分布随着研究的不断深入，涡旋膨胀机在气动系统、低及流动损失会直接影响膨胀机的运行效率及平稳性。同时，膨胀机的内部流场分布规律也是研究温余热回收及热泵空调等领域也得到了广泛的应其热力学和动力学特性的基础。因此，有必要对用。涡旋膨胀机的内部流场进行数值模拟，掌握工作收稿日期：2012—11—19基金项目：国家高技术研究发展计划资助项目(863计划)(2009AA05Z212)16FLUIDMACHINERYVo1．41，

7、No．2，2013腔内流体的运动规律和流场特性。(1)沿齿高方向的各参数变化较小，可以把涡旋式膨胀机的工作过程是具有移动边界流动简化为一个二维的问题；(动涡旋的运动规律为公转平动)，复杂工作腔形(2)内部流体为理想气体；状，吸人、膨胀和排出全过程同时存在的非定常流(3)等压比热及其他一些传递参数假设为恒动过程。因此，本文提出利用CFD方法对涡旋膨定；胀机的内部流场进行数值模拟，在分析涡旋膨胀(4)流体流动区域及周围无泄漏。，黼机工作原理和动涡盘运动轨迹的基础上，采用非式(1)中对于连续性方程◎、动量方程和能量定常湍流粘性流动描述内部气体的流动，应用动

8、方程符号的定义如表1。网格技术实现涡旋膨胀机内部气体流动的动态分表1、F和S的定义析，为进一步深入研究涡旋膨