制冷压缩机过程模拟及节能技术开发研究

【摘要】：本论文以制冷压缩机为研究对象,提出了一种新型的流固耦合技术,其将系统分解为流体场和固体场,并通过流场的多维瞬态控制体方程和固体结构的运动微分方程将其集成。控制压缩机的主要工作部件参数,用于制冷量、功耗和制冷系数的优化研究,获得多种结构优化方案。主要工作和结论如下： (1)基于流场的质量、动量和能量守恒控制体方程以及平板振动模型的运动微分方程,提出了压缩机工作过程耦合模拟方法。实现高效率、高品质模拟的同时,极大地缩短新型结构的研发时间。 (2)基于流固耦合方法,对不同厚度吸气阀片的压缩机工作过程进行模拟,可以得到吸气阀片厚度对制冷量、压缩功、制冷系数的影响规律。提出有效流通面积准则来确定吸气阀片的最优厚度。分析膨胀和吸气过程中,在气孔处气流速度大存在吸气过热现象,得到气缸内制冷剂的温度变化规律,为实现近似等温压缩过程提供参考。 (3)模拟得到不同排气阀片厚度及不同升程器高度的排气阀组的压缩过程的动态参数随排气阀厚度变化的规律。分析排气阀在排气腔和气缸的压差作用下应力变化过程,计算其抗冲击和疲劳特性。基于阀片能否及时关闭确定排气阀最优厚度。基于有效流通面积且保证排气阀片能够及时关闭,得到排气阀片的最优升程器高度。分析压缩和排气过程中,气缸内制冷剂的温度变化规律,作为实现近似等温压缩的依据。 (4)进行近似等温过程的模拟,提出通过润滑油降温的方法实现工程上的近似等温过程。设计润滑油的通道。进行变注油量的试验研究其对排气温度、制冷量,功耗的影响规律,确定最优的注油量。 本论文主要应用流固耦合方法对压缩机工作过程的以上关键问题进行了理论研究和试验探索,有望为新型压缩机结构设计、建模方法和性能优化提供参考。 【关键词】：流固耦合 往复式制冷压缩机 制冷量 功耗 制冷系数
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ051.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 符号说明9-15
• 1 绪论15-30
• 1.1 背景及意义15-16
• 1.2 制冷压缩机16-22
• 1.2.1 压缩式制冷工艺16-19
• 1.2.2 全封闭制冷压缩机19-22
• 1.3 制冷压缩机研究现状22-27
• 1.3.1 新型结构的开发22
• 1.3.2 制冷剂的发展22-24
• 1.3.3 往复式压缩机工作过程的理论基础、数值模拟与测试系统研究24-27
• 1.4 流固耦合方法的应用现状27-29
• 1.5 本文主要研究内容29-30
• 2 制冷压缩机工作过程的流固耦合研究30-38
• 2.1 引言30
• 2.2 流体的控制方程30-33
• 2.3 结构的控制方程33-34
• 2.4 流固耦合的动态分析方法34-35
• 2.5 ADINA数值模拟35-37
• 2.6 本章小结37-38
• 3 压缩机工作过程的数值模拟38-70
• 3.1 引言38
• 3.2 R600a制冷压缩机38-40
• 3.3 压缩机的运行工况40-42
• 3.3.1 物性参数40-41
• 3.3.2 结构参数41
• 3.3.3 操作条件41-42
• 3.4 吸气过程数值模拟42-55
• 3.4.1 吸气模型建立和网格划分42-44
• 3.4.2 吸气边界条件确定44-46
• 3.4.3 不同厚度吸气阀数值模拟结果分析46-55
• 3.5 排气过程数值模拟55-65
• 3.5.1 排气过程的模型和边界条件55-57
• 3.5.2 不同厚度排气阀模拟结果分析57-65
• 3.6 模拟和理论值指标计算65-67
• 3.7 试验指标对比分析67-68
• 3.7.1 不同厚度吸气阀的模拟和试验值的对比及误差分析67-68
• 3.7.2 不同厚度排气阀的模拟和试验值的对比及误差分析68
• 3.8 本章小结68-70
• 4 基于数值模拟的结构改进研究70-84
• 4.1 引言70-76
• 4.1.1 变升程限制高度模拟及分析70-76
• 4.2 压缩机工作过程优化76-82
• 4.2.1 近似等温压缩过程的模拟76-79
• 4.2.2 近似等温的工程实现方法79-82
• 4.3 本章小结82-84
• 5 压缩机性能试验84-96
• 5.1 引言84
• 5.2 制冷压缩机性能测试平台84-92
• 5.2.1 测试台结构84-85
• 5.2.2 测试台工作原理85-86
• 5.2.3 测试参数86-88
• 5.2.4 试验步骤88-89
• 5.2.5 压缩机性能测试结果及分析89-92
• 5.3 润滑系统性能试验92-95
• 5.4 本章小结95-96
• 6 总结与展望96-99
• 6.1 主要研究内容与结论96-97
• 6.2 主要创新点97-98
• 6.3 后续研究展望98-99
• 参考文献99-106
• 在读期间科研成果106

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