【技術(shù)分享】獨一無二的螺桿機械仿真技術(shù)！

2016-09-13 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

背景描述

螺桿泵/壓縮機是一種應用廣泛的通用機械,由于其結(jié)構(gòu)復雜,采用CFD技術(shù)對其進行分析時異常困難,主要都是基于試驗進行性能分析設計。當前,對于螺桿機械公開發(fā)表的CFD分析文獻很少,數(shù)值仿真還未發(fā)揮應有的價值。

近期,美國Simerics公司聯(lián)合倫敦城市大學采用SCORG+Pumplinx的方法對螺桿機械進行了詳細的CFD性能分析,突破了螺桿機械CFD分析的多項瓶頸,取得了喜人的成績。本文將介紹該獨一無二的技術(shù)方法。

技術(shù)難點

螺桿機械的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)非常復雜,對其進行CFD分析是一項高技術(shù)含量的工作,目前來看,具有相當大的技術(shù)難點:

1、轉(zhuǎn)子區(qū)域為大變形區(qū)域,需要建立高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格;

2、需要考慮陰陽轉(zhuǎn)子之間極微小的嚙合間隙;

3、需要設置轉(zhuǎn)子部分的動網(wǎng)格,描述由于轉(zhuǎn)子流體域大變形所引起的流場變化;

4、對于雙螺桿壓縮機,需要同時對流場的動力學和熱力學特性(泄露、傳熱,排氣孔口流動)的過程進行研究;

5、對于雙螺桿泵則需要考慮流場內(nèi)部的空化效應;

6、需要考慮由于流場擾動引起的流致振動及噪聲。

螺桿機械仿真解決方案

針對上述技術(shù)難點,為解決螺桿機械的CFD分析難題,倫敦城市大學找到了Simerics公司,SCORG+Pumplinx的聯(lián)合解決方案應運而生。SCORG是專業(yè)螺桿機械型線分析及前處理軟件,可以制作螺桿機械高質(zhì)量結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。Pumplinx是專業(yè)運動機械CFD仿真軟件,具備各種專業(yè)的物理模型及強大的求解能力。

圖1 SCORG+Pumplinx聯(lián)合解決方案

螺桿機械數(shù)值分析案例

在進行螺桿機械的性能分析時,客戶往往不能滿足于一維的熱力學預測,而希望能對螺桿壓縮機或泵進行更為詳細的三維CFD數(shù)值分析,獲得螺桿機械流場的壓力、速度、溫度以及空化預測,以及更為精確的性能特性曲線。

聯(lián)合SCORG與PumpLinx即可實現(xiàn)螺桿機械的三維非定常數(shù)值分析。

下圖為某雙螺桿壓縮機的三維模型,提取后的流體域部分由吸入段、排出段和轉(zhuǎn)子部分構(gòu)成。

圖2 雙螺桿壓縮機幾何模型

SCORG為專業(yè)的雙螺桿機械型線分析和前處理軟件,通過輸入雙螺桿機械陰陽轉(zhuǎn)子型線數(shù)據(jù)和齒數(shù)、節(jié)距及軸徑等相關(guān)參數(shù),即可自動生成雙螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。

圖3 轉(zhuǎn)子區(qū)域網(wǎng)格

圖4 嚙合間隙處網(wǎng)格

SCORG與PumpLinx實現(xiàn)無縫集成,SCORG生成的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)網(wǎng)格可直接輸入至PumpLinx。PumpLinx內(nèi)置有螺桿壓縮機的數(shù)值分析模板,通過輸入螺桿壓縮機的齒數(shù)、轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)中心等運行參數(shù),即可自動設置螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子部分的動網(wǎng)格,進而進行流場數(shù)值分析。

在PumpLinx中調(diào)用雙螺桿壓縮機模板并設置動網(wǎng)格后,設置該分析模型的邊界條件和介質(zhì)參數(shù),即可對該壓縮機進行熱流體分析預測,部分參數(shù)如下圖所示。