作者: CSI专栏作家Elizabeth

【资料图】

设计一个高效的压缩机需要详细了解设备内部的流场信息。实验测量可提供有用的信息，但也存在一些不足: 比如为了测试要建立原型机，既耗时又昂贵；测试时需要在内部内部插入各种传感器。因空间限制，可插入的传感器的数量受到限制。另外传感器本身可能会改变流场。

大金空调作为一个行业领先的的空调系统的制造商，广泛使用CFD技术来弥补实验方法的不足。仿真计算可提供了压缩机内部工作的三维流场详细信息，并可输出一些难以通过实验获得的信息。

最近，大金将CONVERGE集成到他们的开发过程中，以帮助他们分析摆动压缩机的设计。由于采用了自动网格划分技术，与之前的CFD软件相比，每次计算CONVERGE为大金工程师节省了两周以上的时间，使他们能够更快地迭代设计。

图1:摆动式压缩机几何结构图

大金的摆动式压缩机与传统的旋转式压缩机类似，但泄漏更少，效率更高。摆压机的几何结构如图1所示。

在设计阶段，大金利用CFD来辨识并解决压缩机设计中的问题。然而，他们之前的CFD软件包有一些局限性，比如不允许移动边界，只支持单相模拟。随着压缩机结构的日益复杂，他们需要一个能够处理更复杂物理过程的CFD求解器。因此，他们转向了CONVERGE。

CONVERGE的一个巨大优点是它的自动网格划分，完全消除了手动网格划分所需的时间，并且很容易适应运动边界。CONVERGE创新的笛卡尔切割网格方法可创建高质量的体网格模型，最大限度地减少网格相关的误差。此外，CONVERGE还提供了内置的流体-结构耦合(FSI)建模功能，以及简化模拟簧片阀运动的一维梁模型（beam model）。

大金利用这些功能验证了CONVERGE能够准确捕获关键参数，包括压力和阀门升程。他们对两种不同的转速条件下进行了模拟：28rpm和110rpm。图2为110rpm工况下压缩室(左)和簧片阀(右)附近的CONVERGE仿真压力场结果

图2 : 110rpm工况下大金摆动式压缩机的压缩室(左)

和簧片阀(右)CONVERGE仿真结果

图3显示了两种工况下的压力和阀门升程结果。CONVERGE结果表明，压缩过程中的压力上升、阀门开启时的压力峰值以及排放过程中的压力波动频率和幅度与实验测试结果具有很好的一致性。此外，CONVERGE结果还表明，阀门开启时间与测试结果非常相似，另外最大阀门升程、阀门升程波动频率和排气期间的幅度都与实验吻合的很好。

图3：28rpm(左)和110rpm(右)CONVERGE预测的压力

和阀门升程与实验测量结果对比

大金空调证实，CONVERGE可以准确地模拟他们的摆动压缩机，同时也节省了大量的时间，每次模拟最多可节省两周的时间。此外，CONVERGE的FSI模型还可以可靠地捕捉到摆动压缩机簧片阀运动过程。

接下来，大金计划将油和相变现象纳入他们的模拟中，以创建他们的摆动压缩机的综合模型。最终，使用CONVERGE将使大金能够在模拟中考虑真实压缩机的复杂物理特性，从而更有效地分析并提高其产品的性能。

如果有兴趣了解更多CONVERGE用于压缩机模拟的案例请联系我们：support@idaj.cn!

参考文献

Kawabata, S., Deguchi, R., and Matsuura, H., “Calculation of Internal Flow in a Compressor With Valve Motion,” 26th International Compressor Engineering Conference at Purdue, West Lafayette, IN, United States, Jul 10–14, 2022.

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