活塞式制冷压缩机广泛使用在石油、化工、制药等领域,是制冷系统中耗能最大的设备。提高容积效率、减少能源消耗是压缩机技术发展的必然趋势。气阀是活塞式压缩机中最为关键的部件之一,其工作性能直接影响压缩机的能效。气阀工作时处于高频激振、交变载荷、高温、腐蚀的环境,不良的气阀设计将产生泄漏、回流、吸入气体加热等效应,导致压缩机能量损失、功耗增加,甚至造成机器停转。因此,压缩机能效的提高首先取决于气阀,气阀的设计与优化是永恒而又俱进的研究课题。舌簧阀是压缩机气阀的一种,本身具有弹性,工作时阀片一端固定,另一端在高温、高压差的作用下,高频率地撞击升程限位器和阀座,易产生阀片运动失效和断裂失效等问题。为了揭示舌簧阀运动失效机理及压缩机能效的影响因素,本论文开展了舌簧阀动力学模型及其内流场特性研究。主要内容包括:(1)根据变质量系统热力学原理,建立气体泄漏与不稳定传热耦合作用的热力过程改进模型。并利用该模型分析气体泄漏、不稳定传热及二者耦合作用对压缩和膨胀过程的影响。(2)搭建活塞式制冷压缩机试验系统。在压缩机转速为1450r/min时,开展了三种工况下的舌簧阀运动特性试验。获得排气阀片运动位移、压缩机制冷量和输入功耗,为验证舌簧阀动力学模型的有效性提供依据。(3)以等截面Euler-Bernoulli梁弯曲振动理论为依据,建立舌簧阀弯曲振动的偏微分方程。利用振型叠加法以及虚位移原理对其求解,获得基于振动理论的舌簧阀动力学模型。经试验验证模型的预测值与试验值基本吻合,但在阀片开启和关闭阶段存在一定误差。(4)从经典气阀理论出发,结合舌簧阀与升程限位器贴绕的运动特点,建立综合反映阀片有效工作长度、弹力、质量随位移变化关系的分段单质点动力学模型。经试验验证模型预测值与试验值基本吻合,分段单质点模型的预测精度优于经典单质点模型。(5)根据流体动力润滑理论,拉普拉斯表面张力方程等,建立综合反映油液动力黏度、阀片/阀孔直径比、阀片位移与油膜黏滞力关系的舌簧阀动力学模型。开展了基于振动理论的舌簧阀动力学模型、分段单质点动力学模型和考虑黏滞作用的动力学模型对比分析。结果表明,考虑黏滞作用的动力学模型的精度优于其他两种模型。并利用该模型分析运动黏度、阀片升程、刚度、排气孔直径等设计参数对舌簧阀动态特性的影响规律,获得各参数合理取值范围。(6)在流固耦合理论分析基础上,利用ADINA软件平台建立压缩机排气系统三维流固耦合仿真模型,对排气过程舌簧阀内流场的瞬态流动特性进行数值仿真,获得流场瞬态压力分布、速度分布、阀片表面压力分布,以及刚度变化对舌簧阀内流场特性的影响规律。上述研究表明,本文所建立的基于振动理论的舌簧阀动力学模型、分段单质点动力学模型和考虑黏滞作用的动力学模型能够用于舌簧阀的动态特性分析。考虑黏滞作用的舌簧阀动力学模型相比其他两种模型具有更高的精度,能够更加有效地描述舌簧阀的动态特性。利用该模型可以分析结构参数对舌簧阀动态特性的影响规律,为舌簧阀优化设计、提升压缩效率提供参考。通过本文所建立的压缩机排气系统三维流固耦合模型,可以获得阀片与流体之间的相互作用耦合机理,真实反映了舌簧阀的工作状态,为分析阀片运动失效提供参考。