【摘 要】
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涡旋压缩机以其结构紧凑,体小量轻等特点在制冷空调、真空、食品医疗等领域中广泛应用。近年来,随着电动汽车的发展,车内高制冷和制热量的要求使涡旋压缩机逐步应用于小型乘用车。但由于汽车机舱内的安装空间较小,车载涡旋压缩机的尺寸较小,其设计内压比低。为了达到给定压比,其排气口处多设置簧片阀。在簧片阀的作用下,压缩机的排气过程缩短、阻力增大,但排气回流也减弱。同时簧片阀的工作特性也受到压缩机排气脉动的影响。
【基金项目】
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国家自然科学基金(51839010); 陕西省自然科学基础研究计划(面上项目)(2018JM5147); 陕西省重点研发计划(2017ZDXM-GY-081); 新疆水专项(2020.C-001); 清洁能源与生态水利工程研究中心(QNZX-201
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涡旋压缩机以其结构紧凑,体小量轻等特点在制冷空调、真空、食品医疗等领域中广泛应用。近年来,随着电动汽车的发展,车内高制冷和制热量的要求使涡旋压缩机逐步应用于小型乘用车。但由于汽车机舱内的安装空间较小,车载涡旋压缩机的尺寸较小,其设计内压比低。为了达到给定压比,其排气口处多设置簧片阀。在簧片阀的作用下,压缩机的排气过程缩短、阻力增大,但排气回流也减弱。同时簧片阀的工作特性也受到压缩机排气脉动的影响。因此,研究压缩机-簧片阀的瞬态耦合工作特性对提高压缩机的效率和簧片的可靠性具有重要意义。本文建立了压缩机-簧片阀耦合数值模型,研究了机阀耦合作用下压缩机排气过程特征和簧片阀动态工作特性。主要工作如下:(1)建立了压缩机-簧片阀耦合非稳态数值模型,并与实验结果进行了对比验证。结果表明,簧片阀的周期性启闭导致排气腔内形成多个旋涡,使排气质量流量脉动增强。由于阀腔内流体需要克服阀片预紧力矩和弹性力矩,导致阀腔内最高压力超过排气压力8.8%,因此在间隙处形成较大的压力梯度并形成一对近似中心对称的泄漏旋涡,同时该泄漏流也造成腔内轴向温度分布不对称。(2)在阀片开启初期,阀隙过流截面较小,流阻较大,簧片下表面压力分布呈现以正对阀腔中心位置为高压区并向外以环形递减的趋势。随着主轴旋转,阀腔容积降低,阀腔流体对簧片推力持续上升,簧片升程增加,其上压力分布更加集中。在阀片关闭后,阀腔压力不断降低,两腔之间最大压差可达0.378MPa,流体经过阀隙由排气腔泄漏入阀腔。(3)随着簧片预紧力矩增加,簧片开启压力和阀腔内最高压力增加,但阀腔与排气腔最大压差减小,排气腔向阀腔的最大泄漏量减小了 52.5%。簧片预紧力矩增加导致簧片所受流体力矩增大,但簧片所受合力矩减小,导致簧片最大升程减小了 46.1%,阀片开启时间缩短了 8.8%,弹簧力矩有所减小。(4)转速升高引起工作腔内泄漏降低,腔内压力升高缓慢,导致簧片开启延后,但簧片开启角度区间维持在230°左右。吸排气质量流量增大,其脉动程度增大,但脉动次数减小。主轴转速升高一倍,簧片所受最大流体力矩增大了 48.1%,簧片最大升程增加了76.8%,流体流速更快,阀隙处形成的漩涡更大。并且在阀片关闭期,排气腔与阀腔最大压差增加了 41.2%,排气腔向阀腔的泄漏增大了 6.45%。
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