涡旋压缩机是一种容积式压缩机,与往复式及滚动转子式压缩机相比具有体积小、效率高、噪声低、可靠性高和寿命长等优点,在中小容量的压缩机中具有很大的性能优势,是高性能压缩机发展的主要方向之一。本文以涡旋压缩机为研究对象,采用三维CFD数值模拟方法,研究了涡旋压缩机吸气流道内非稳态流动特性,通过对吸气流道结构进行改型揭示了流道结构对涡旋压缩机性能的影响机制,获得了最佳的吸气流道改型方案,最后对异步吸排气涡旋压缩机的性能进行了分析。主要研究内容与结论总结如下:(1)建立了含有双间隙流体域模型的涡旋压缩机非稳态数值计算模型,验证了模型的准确性。结果表明,轴向间隙对涡旋压缩机的COP、绝热效率和排气温度的影响更大,而径向间隙对容积效率的影响更大。(2)从两方面提出了涡旋压缩机吸气流道改型的六种方案,研究了不同吸气结构下涡旋压缩机的容积效率和吸气气流脉动变化规律,分析了不同吸气流道中瞬态流场的分布特性。结果表明,扩大的吸气流道对涡旋压缩机容积效率的提升作用相对有限,而缩小的吸气流道可以有效地提高压缩机的容积效率。由于涡旋压缩机动涡盘运动引起的吸气流道容积的变化导致了吸气质量流量的脉动,在缩小压缩机吸气流道的改型方案中,随着修正啮合角的增大,压缩机的容积效率增大,吸气质量流量的脉动强度减小。(3)研究了非对称吸气结构涡旋压缩机的工作特性,分析了作用于动涡盘上的非稳态气体力和力矩。结果表明,非对称结构涡旋压缩机的容积效率比原方案提高了 14.8%,吸气气流的脉动强度最低。改型后压缩机中两个工作腔之间不相等的内容积比和压力分布的不对称性导致了压缩机排气损失和径向泄漏损失的增大,从而使压缩机动盘上的指示功率也增大,抑制了压缩机绝热效率的提升。作用于非对称压缩机中对称工作腔涡旋段上的附加气体力是引起压缩机动涡盘上总气体力升高的主要原因,同时,非对称结构下作用于动涡盘上的自转力矩减小了 71.3%,受对称工作腔之间附加切向力的影响,在压缩机工作过程中出现了反向的自转力矩。(4)提出了异步排气结构涡旋压缩机,分析了异步排气结构下涡旋压缩机排气质量流量脉动和排气腔流场分布的变化规律。结果表明,异步排气结构涡旋压缩机可以有效地提高压缩机的绝热效率,压缩终了时压缩机的欠压缩状态和反向气流造成了排气腔中复杂的二次流损失,排气管中气体的回流是引起异步排气结构涡旋压缩机排气口质量流量脉动的主要原因。对称工作腔中压力分布不对称程度的减小有效地降低了作用于异步排气结构涡旋压缩机动涡盘上的气体力。