渦旋的案例
渦旋壓縮機(jī)渦旋型線(xiàn)的研究現(xiàn)狀及展望
在眾多類(lèi)型的型線(xiàn)中，圓漸開(kāi)線(xiàn)的特點(diǎn)最鮮明，其具有渦旋型線(xiàn)圈數(shù)少，材料面積利用系數(shù)高，泄漏線(xiàn)長(zhǎng)度較短等幾何特性和壓縮腔壓力改變緩慢，較少泄漏量等熱力學(xué)特性，所以廣泛運(yùn)用于渦旋壓縮機(jī)型線(xiàn)方面。
圓漸開(kāi)線(xiàn)作為最常見(jiàn)的渦旋壓縮機(jī)型線(xiàn)，較早就被眾多學(xué)者開(kāi)始研究，如圖1所示。在圓漸開(kāi)線(xiàn)的理論方面，MORISHITA E最早推導(dǎo)出基于圓漸開(kāi)線(xiàn)的渦旋壓縮機(jī)數(shù)學(xué)模型，并對(duì)渦旋壓縮機(jī)的幾何模型與動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行深入研究；隨后GRAVESEN J通過(guò)運(yùn)用微分幾何理論，利用平面曲線(xiàn)必須嚙合的本質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)一步拓展了圓漸開(kāi)線(xiàn)的相關(guān)理論，推進(jìn)了圓漸開(kāi)線(xiàn)的發(fā)展；E.A.GROLL在之前的型線(xiàn)理論基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)全面的建立了渦旋壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的數(shù)學(xué)、熱力學(xué)性能和泄漏模型，并在工作腔之間的壓力非線(xiàn)性耦合問(wèn)題上使用了Newton-Raphson算法進(jìn)行了研究分析。隨著圓漸開(kāi)線(xiàn)理論的建立，國(guó)內(nèi)學(xué)者也開(kāi)始進(jìn)行研究。陳芝久導(dǎo)出非整數(shù)圈渦旋壓縮機(jī)的幾何特性，并得到相關(guān)參數(shù)，之后模擬設(shè)計(jì)了非整數(shù)圈渦旋壓縮機(jī)，并進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證；蘭州理工大學(xué)的劉興旺優(yōu)化了基圓漸開(kāi)線(xiàn)型渦旋盤(pán)參數(shù)，并且提出了一系列渦盤(pán)參數(shù)的優(yōu)化方法；侯才生對(duì)圓漸開(kāi)線(xiàn)渦旋壓縮機(jī)的控制系數(shù)進(jìn)行了研究，總結(jié)出了控制系數(shù)的優(yōu)選策略，利用這些優(yōu)選策略能挑選出一系列更符合要求的渦旋型線(xiàn)，從而可根據(jù)渦旋壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)需求選出某一種性能良好的渦旋型線(xiàn)。
圖1 圓漸開(kāi)線(xiàn)渦旋型線(xiàn)
在半圓漸開(kāi)線(xiàn)方面，最早由日本學(xué)者HAYANO M推導(dǎo)出半圓漸開(kāi)線(xiàn)的型線(xiàn)理論、幾何特性與熱力學(xué)模型；在此基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)學(xué)者黃允東對(duì)半圓漸開(kāi)線(xiàn)的型線(xiàn)理論又做出改進(jìn)和補(bǔ)充。
展開(kāi) 新型無(wú)油渦旋壓縮機(jī)內(nèi)部熱力學(xué)特性和性能測(cè)試
Pereira 等［7］建立了渦旋壓縮機(jī)在不同工況、工質(zhì)及幾何參數(shù)下的泄漏模型，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)其所建立的泄漏模型進(jìn)行了驗(yàn)證。渦旋壓縮機(jī)的工作腔是由多組對(duì)稱(chēng)的封閉月牙形腔構(gòu)成，動(dòng)靜渦旋齒在渦旋壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中不間斷地嚙合，因此無(wú)有效且直接的方法和手段對(duì)渦旋壓縮機(jī)全封閉工作腔內(nèi)工質(zhì)的各種性態(tài)進(jìn)行直接監(jiān)測(cè)和研究。隨著計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computa?tional fluid dynamics，CFD）方法的發(fā)展，可使用CFD 方法對(duì)渦旋壓縮機(jī)的工作過(guò)程進(jìn)行三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬來(lái)反映和揭示其工作腔內(nèi)流體工質(zhì)的變化規(guī)律［8，9］。李超等［10］通過(guò)CFD 方法分析了渦旋壓縮機(jī)在不同間隙時(shí)，內(nèi)泄漏對(duì)工作腔內(nèi)工質(zhì)物理性態(tài)的影響。王君等［11-13］通過(guò)對(duì)渦旋壓縮機(jī)流體域進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，發(fā)現(xiàn)其相較于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可以提高數(shù)值模擬的計(jì)算精度。查海濱等［14］通過(guò)對(duì)渦旋壓縮機(jī)進(jìn)行三維非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)沿著渦旋齒方向溫度和速度分布不均勻。Sun 等［15］數(shù)值模擬分析了變壓比對(duì)渦旋壓縮機(jī)排氣腔壓力和排氣口速度的影響。Cavazzini等［16］結(jié)合粒子群算法和CFD 方法對(duì)渦旋壓縮機(jī)的幾何模型進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，并通過(guò)試驗(yàn)研究了優(yōu)化后的模型，發(fā)現(xiàn)渦旋齒齒高和渦圈數(shù)量對(duì)渦旋壓縮機(jī)性能有重要影響。Zhao 等［17］建立了渦旋壓縮機(jī)實(shí)際工況下三維非定常計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)在一對(duì)工作腔的不同兩個(gè)腔之間的壓力存在不一致性。彭斌等［18］基于CFD 方法對(duì)一種新型無(wú)油渦旋壓縮機(jī)進(jìn)行了非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，得到了流體工質(zhì)在工作腔內(nèi)基本物理性態(tài)以及動(dòng)渦旋盤(pán)所受氣體力的變化規(guī)律。Sun 等［19］對(duì)應(yīng)用于氫燃料電池的無(wú)油雙渦圈渦旋壓縮機(jī)氣體的非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)雙渦圈壓縮機(jī)在低壓比、大排量場(chǎng)合具有一定的應(yīng)用前景。桂偉兵等［20］對(duì)渦旋壓縮機(jī)不同部位的振動(dòng)特性和產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析和研究。
展開(kāi) 渦旋壓縮機(jī)的虛擬建模與運(yùn)動(dòng)仿真
摘 要: 為了分析渦旋壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力特性和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)渦旋壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，采用三維實(shí)體建模和虛擬樣機(jī)軟件對(duì)其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了三維實(shí)體建模，通過(guò)渦旋壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真，獲得了準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)曲線(xiàn)，保證了渦旋壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的正確性和可靠性，提高了整體設(shè)計(jì)效率和精度。
關(guān)鍵詞: 渦旋壓縮機(jī); 虛擬建模; 運(yùn)動(dòng)仿真
前言：虛擬樣機(jī)( Visual Prototype) 技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)等技術(shù)手段把產(chǎn)品資料集成到一個(gè)可視化環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的仿真分析。使用系統(tǒng)仿真軟件，可以在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，不斷修改設(shè)計(jì)缺陷及改進(jìn)系統(tǒng)，直至獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，最終做出比較理想的物理樣機(jī)［1］。
在眾多的商業(yè)產(chǎn)品中，美國(guó) MDI 公司的 ADAMS軟件是最具權(quán)威性、應(yīng)用范圍最廣的虛擬樣機(jī)仿真軟件。它不但可以方便快捷地對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，而且其開(kāi)放的程序結(jié)構(gòu)和接口還使它成為特殊行業(yè)用戶(hù)進(jìn)行特殊虛擬樣機(jī)分析的二次開(kāi)發(fā)工具［2］。本文采用ADAMS 軟件對(duì)高效低噪渦旋壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真研究。
渦旋壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理渦旋壓縮機(jī)主要由動(dòng)渦旋盤(pán)、靜渦旋盤(pán)、十字滑環(huán)、曲軸和支架體等零件組成
渦旋壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)2012 年第 40 卷第 1 期 流 體 機(jī) 械 17動(dòng)、靜渦旋盤(pán)偏心一定距離相錯(cuò)某一角度安置在一起。動(dòng)靜渦旋齒相互嚙合后形成多個(gè)封閉容積，動(dòng)渦旋在曲軸驅(qū)動(dòng)和防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)限制下，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)平動(dòng)運(yùn)動(dòng)。使動(dòng)、靜渦旋齒相互嚙合形成的月牙形封閉容積發(fā)生周期變化，實(shí)現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排氣，參見(jiàn)圖 2 所示。
渦旋壓縮機(jī)工作原理3 公轉(zhuǎn)型渦旋壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)圖 3、圖 4 示出渦旋式壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型。
展開(kāi) 渦旋壓縮機(jī)切向泄漏瞬態(tài)流場(chǎng)特性
國(guó)內(nèi)外學(xué)者多采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的方法對(duì)渦旋壓縮機(jī)動(dòng)、靜渦旋盤(pán)工作過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，獲取月牙形壓縮內(nèi)流場(chǎng)的變化規(guī)律已成為渦旋壓縮機(jī)研究領(lǐng)域熱點(diǎn)方向。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)渦旋壓縮機(jī)的型線(xiàn)理論、數(shù)學(xué)模型、動(dòng)態(tài)特性、機(jī)械結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)制造、流場(chǎng)特性、高性能樣機(jī)等方面進(jìn)行了大量的研究，取得了一定的成果，但是針對(duì)渦旋壓縮機(jī)的泄漏特性導(dǎo)致腔內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布的動(dòng)態(tài)特性、進(jìn)出口流量變化情況以及嚙合間隙處氣體泄漏速度分布的研究較少。
泄漏問(wèn)題對(duì)渦旋壓縮機(jī)的壓縮儲(chǔ)能特性有較大影響，因此對(duì)渦旋壓縮機(jī)的泄漏特性進(jìn)行詳細(xì)的研究以?xún)?yōu)化其壓縮儲(chǔ)能特性尤為重要。Mirko等采用集成逆向工程-計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法，獲取了渦旋壓縮機(jī)的真實(shí)幾何形狀，通過(guò)簡(jiǎn)化的二維模型進(jìn)行數(shù)值模擬得出了由渦旋壓縮機(jī)改裝為膨脹機(jī)后的間隙泄漏特性影響因素。Yao等建立了三維流場(chǎng)模型，采用動(dòng)網(wǎng)格方法進(jìn)行網(wǎng)格重構(gòu)并對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)模擬，分析了不同工況下的流場(chǎng)特性。Zheng等對(duì)跨臨界CO
2渦旋壓縮機(jī)工作過(guò)程進(jìn)行非定常流動(dòng)特性研究，總結(jié)了壓縮機(jī)吸氣腔處間隙泄漏規(guī)律。楊紫娟等建立了泄漏計(jì)算模型，把流體流動(dòng)簡(jiǎn)化為二維流動(dòng)問(wèn)題，研究了微型渦旋壓縮機(jī)的軸向和徑向泄漏通道，并對(duì)壓縮機(jī)腔內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，討論了泄漏間隙等參數(shù)對(duì)泄漏狀況的影響。查海濱等建立考慮摩擦、可壓縮的實(shí)際氣體的絕熱穩(wěn)態(tài)流動(dòng)等因素在內(nèi)的一種容積式渦旋機(jī)械的數(shù)學(xué)模型，間隙處采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了泄漏不同位置的壓力和質(zhì)量流率。王建吉等通過(guò)建立數(shù)學(xué)計(jì)算模型并對(duì)模型運(yùn)算求解，采用有限元分析軟件對(duì)渦旋壓縮機(jī)的工作過(guò)程進(jìn)行仿真模擬，對(duì)比了兩種方法得到的結(jié)果，對(duì)軸向間隙泄漏模型展開(kāi)深入研究。
展開(kāi) 
你還不知道“渦旋光束”？(轉(zhuǎn)載）
而渦旋光束的光強(qiáng)分布是環(huán)狀的：
中心光強(qiáng)為零的環(huán)狀光束
這樣的中心暗斑會(huì)降低對(duì)生命物質(zhì)的傷害，即使增加光強(qiáng)也不會(huì)對(duì)粒子造成太大的損傷，粒子可以毫發(fā)無(wú)損地被束縛在光束中心，因此在生物醫(yī)學(xué)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因此渦旋光束被廣泛應(yīng)用于粒子操控領(lǐng)域，如捕獲線(xiàn)粒體、溶酶體、金屬顆粒、無(wú)機(jī)物和有機(jī)物顆粒等。
捕獲CuO顆粒
捕獲并標(biāo)記溶酶體
除了捕獲特性，渦旋光束攜帶的軌道角動(dòng)量是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的量，在光通信中，渦旋光束的拓?fù)浜蓴?shù)既可以作為載體傳遞信息，也可以為信道提供全新的復(fù)用維度，從而提高空間光通信系統(tǒng)的容量。
渦旋光束還有哪些奇特之處呢？
1.渦旋光束有螺旋式相位結(jié)構(gòu)，光場(chǎng)中存在奇異點(diǎn)，在奇點(diǎn)處，振幅為零且相位不確定，光束傳播過(guò)程中光強(qiáng)呈現(xiàn)為環(huán)狀分布。
2. 具有軌道角動(dòng)量，這種角動(dòng)量具有機(jī)械效應(yīng)，不僅可以產(chǎn)生扭矩還可以使物體移動(dòng)，從而促進(jìn)了上文中提到的光鑷技術(shù)的發(fā)展。渦旋光束的軌道角動(dòng)量，還可用于自由空間光通信，并且具有信息存儲(chǔ)量大、穩(wěn)定性高和保密性好的特點(diǎn)，為高密度信息存儲(chǔ)和傳輸提供了理論支持。
3. 帶有偏振態(tài)分布的渦旋光束還可用于激光加工和材料處理等。
有了上述“特異功能”，渦旋光束在醫(yī)學(xué)、通信、材料加工等領(lǐng)域?qū)?huì)有更為廣闊的應(yīng)用。
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所
http://dy.163.com/v2/article/detail/ER97TMNB051191KO.html
展開(kāi) 渦旋壓縮機(jī)動(dòng)渦盤(pán)傾覆特性仿真分析
渦旋壓縮機(jī)動(dòng)渦盤(pán)傾覆特性仿真分析
趙嫚，安雄雄
（蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州７３００５０）
［摘 要］：針對(duì)渦旋壓縮機(jī)動(dòng)渦盤(pán)傾覆問(wèn)題，在對(duì)其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律及受力特性理論分析的基礎(chǔ)上，采用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ與ＵＧ１２.０聯(lián)合建立了渦旋壓縮機(jī)整機(jī)模型，并使用ＡＤＡＭＳ對(duì)動(dòng)渦盤(pán)在變齒高及運(yùn)動(dòng)副間隙下的傾角進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明：定齒高下間隙與動(dòng)渦盤(pán)傾覆呈正相關(guān)，且間隙值越大最大傾角波動(dòng)范圍也越大，但均對(duì)應(yīng)于傾覆力矩的峰值１８８.１～２７７.２°范圍內(nèi)，相對(duì)穩(wěn)定；定間隙值下齒高與動(dòng)渦盤(pán)傾覆呈負(fù)相關(guān)，齒高對(duì)壓縮機(jī)起動(dòng)加速階段動(dòng)渦盤(pán)的振動(dòng)有影響，但對(duì)其加速時(shí)間幾乎沒(méi)有影響。研究結(jié)果為渦旋壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及動(dòng)渦盤(pán)傾覆特性下切向泄漏問(wèn)題的研究提供重要理論支撐。
［關(guān)鍵詞］：渦旋壓縮機(jī)；動(dòng)渦盤(pán)；傾覆特性；動(dòng)力學(xué)仿真
中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＨ４５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ
文章編號(hào)：１００６－２９７１（２０２２）０１－０００１－０５
１ 引言
渦旋式壓縮機(jī)自問(wèn)世以來(lái)就以其高效率、低噪聲、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)在小型制冷、機(jī)械、食品、醫(yī)藥、石化、動(dòng)力工程等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。隨著渦旋壓縮機(jī)技術(shù)的一直成熟，數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)技術(shù)在許多商用多聯(lián)機(jī)領(lǐng)域也有了很大的發(fā)展［１］。
動(dòng)渦盤(pán)是渦旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部分最重要的部件之一，在渦旋壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于動(dòng)渦盤(pán)上的驅(qū)動(dòng)力與其上的徑向氣體力和切向氣體力的合力不在同一平面內(nèi)，從而引起動(dòng)渦盤(pán)在軸向方向上受力不平衡，造成動(dòng)渦盤(pán)傾覆，從而造成磨損加劇和泄漏增大［２］。
展開(kāi) 渦旋壓縮機(jī)動(dòng)渦盤(pán)傾覆特性仿真分析
渦旋壓縮機(jī)動(dòng)渦盤(pán)傾覆特性仿真分析
趙嫚，安雄雄
（蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅蘭州７３００５０）
［摘 要］：針對(duì)渦旋壓縮機(jī)動(dòng)渦盤(pán)傾覆問(wèn)題，在對(duì)其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律及受力特性理論分析的基礎(chǔ)上，采用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ與ＵＧ１２.０聯(lián)合建立了渦旋壓縮機(jī)整機(jī)模型，并使用ＡＤＡＭＳ對(duì)動(dòng)渦盤(pán)在變齒高及運(yùn)動(dòng)副間隙下的傾角進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明：定齒高下間隙與動(dòng)渦盤(pán)傾覆呈正相關(guān)，且間隙值越大最大傾角波動(dòng)范圍也越大，但均對(duì)應(yīng)于傾覆力矩的峰值１８８.１～２７７.２°范圍內(nèi)，相對(duì)穩(wěn)定；定間隙值下齒高與動(dòng)渦盤(pán)傾覆呈負(fù)相關(guān)，齒高對(duì)壓縮機(jī)起動(dòng)加速階段動(dòng)渦盤(pán)的振動(dòng)有影響，但對(duì)其加速時(shí)間幾乎沒(méi)有影響。研究結(jié)果為渦旋壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及動(dòng)渦盤(pán)傾覆特性下切向泄漏問(wèn)題的研究提供重要理論支撐。
［關(guān)鍵詞］：渦旋壓縮機(jī)；動(dòng)渦盤(pán)；傾覆特性；動(dòng)力學(xué)仿真
中圖分類(lèi)號(hào)：ＴＨ４５ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ
文章編號(hào)：１００６－２９７１（２０２２）０１－０００１－０５
１ 引言
渦旋式壓縮機(jī)自問(wèn)世以來(lái)就以其高效率、低噪聲、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)在小型制冷、機(jī)械、食品、醫(yī)藥、石化、動(dòng)力工程等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。隨著渦旋壓縮機(jī)技術(shù)的一直成熟，數(shù)碼渦旋壓縮機(jī)技術(shù)在許多商用多聯(lián)機(jī)領(lǐng)域也有了很大的發(fā)展［１］。
動(dòng)渦盤(pán)是渦旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部分最重要的部件之一，在渦旋壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于動(dòng)渦盤(pán)上的驅(qū)動(dòng)力與其上的徑向氣體力和切向氣體力的合力不在同一平面內(nèi)，從而引起動(dòng)渦盤(pán)在軸向方向上受力不平衡，造成動(dòng)渦盤(pán)傾覆，從而造成磨損加劇和泄漏增大［２］。
展開(kāi) 18cc渦旋壓縮機(jī)動(dòng)渦旋盤(pán)的熱應(yīng)力分析
圖6 溫度場(chǎng)分布圖
圖7 熱載荷下動(dòng)渦旋齒應(yīng)力變形圖
軸向熱變形比徑向熱變形更明顯，會(huì)改變動(dòng)、靜渦旋盤(pán)的嚙合間隙，對(duì)氣體泄漏等有一定影響，其變形如圖8所示。
圖8 熱載荷下動(dòng)渦旋齒應(yīng)力變形圖
2.2 氣體力載荷下的應(yīng)力變形分析
渦旋齒受到的氣體力作用主要來(lái)自?xún)?nèi)外側(cè)兩個(gè)壓縮腔的徑向力作用，由式（1）和式（2）求得排氣時(shí)刻即轉(zhuǎn)角θ=θs=270°時(shí)，壓縮腔2的壓力為0.63 MPa。假設(shè)同一壓縮腔壓力相同，將氣體載荷施加在渦旋齒壁面上。圖9為僅在氣體力載荷下的動(dòng)渦旋齒變形分布圖。最大變形量同樣出現(xiàn)在渦旋齒頭頂部，約為3.2 μm，最大應(yīng)力則出現(xiàn)在渦旋齒根部，數(shù)值約為40.6 MPa。
圖9 氣體力載荷下動(dòng)渦旋齒應(yīng)力變形圖
渦旋齒上的變形從齒頂?shù)烬X根呈逐漸減小的趨勢(shì)，這是因?yàn)槎税鍎傂怨潭s束部件，變形為零，齒頂為自由端，此時(shí)的整體受力模型可簡(jiǎn)化為一受均布載荷的懸臂梁，模型如圖10所示。為此沿渦旋齒壁面漸開(kāi)線(xiàn)建立路徑獲取齒頂及齒根部變形數(shù)據(jù)，其變形如圖12所示，可見(jiàn)在同個(gè)橫坐標(biāo)下齒頂變形量大部分大于齒根，證明模型的正確性。
圖10 僅在氣體載荷下的動(dòng)渦旋齒受力模型
圖11 路徑P12上的應(yīng)力分布
圖12 齒根與齒頂變形對(duì)比
2.3 熱固耦合分析
圖13為熱固耦合場(chǎng)作用下的動(dòng)渦旋齒應(yīng)力變形圖，可以看出，最大變形發(fā)生在渦旋齒齒頭頂部處，最大值約為25.0 μm。變形量沿徑向和軸向逐漸減小，最小變形量為2.8 μm。在不同的溫度和氣體壓力下，動(dòng)渦旋盤(pán)存在不同的應(yīng)力，最大應(yīng)力出現(xiàn)在齒根處，達(dá)到314.0 MPa。應(yīng)力數(shù)值沿徑向和軸向逐漸減小，最小值為34.9 MPa。
展開(kāi) Lumerical FDTD設(shè)計(jì)超透鏡產(chǎn)生渦旋光束
因此，在形成渦旋光束過(guò)程中相位分布不夠精細(xì)，導(dǎo)致生成的渦旋光光束相位不夠理想，提取的拓?fù)浜蓴?shù)存在誤差。但是我們通過(guò)MATLAB代碼計(jì)算更為精密的渦旋相位，其實(shí)驗(yàn)得到拓?fù)浜蓴?shù)與設(shè)計(jì)的拓?fù)浜蓴?shù)是一致的。
Simerics | 渦旋壓縮機(jī)三維瞬態(tài)CFD仿真
渦旋壓縮機(jī)主要包括動(dòng)盤(pán)、靜盤(pán)、偏心軸及防自轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)等部件，是一種依靠動(dòng)、靜盤(pán)對(duì)工質(zhì)的擠壓作用來(lái)實(shí)現(xiàn)容積變化的容積式壓縮機(jī)，是既往復(fù)式壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)、螺桿壓縮機(jī)之后的又一種新型高效容積式壓縮機(jī)，被公認(rèn)為技術(shù)最為先進(jìn)的第三代壓縮機(jī)。
渦旋壓縮機(jī)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療器械、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，其運(yùn)行效率高、振動(dòng)小、噪音低、結(jié)構(gòu)緊促等優(yōu)點(diǎn)得到行業(yè)內(nèi)廣泛認(rèn)可。
如何開(kāi)發(fā)性能更好的渦旋壓縮機(jī)是當(dāng)前研究重點(diǎn)，其中對(duì)渦旋壓縮機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)機(jī)理及間隙泄漏流動(dòng)的研究可為其優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要的理論參考。
CFD 仿真是對(duì)渦旋壓縮機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)及間隙泄漏研究的重要技術(shù)手段，通過(guò)CFD數(shù)值模擬方法可以獲得間隙內(nèi)的泄漏流道內(nèi)參數(shù)的變化和分布，計(jì)算出泄漏量，并可充分考慮流體壓縮、粘性及通道結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)的影響，從而為研究泄漏流動(dòng)的機(jī)理和對(duì)泄漏間隙進(jìn)行優(yōu)化提供了一種新的方法。
1
渦旋壓縮機(jī)工作原理
渦旋壓縮機(jī)及其它渦旋式流體機(jī)械都屬于容積式回轉(zhuǎn)機(jī)械，一般由一個(gè)固定的漸開(kāi)線(xiàn)渦旋盤(pán)和一個(gè)呈偏心回旋平動(dòng)的漸開(kāi)線(xiàn)運(yùn)動(dòng)渦旋盤(pán)相互咬合而成，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。
展開(kāi) [VirtualLab] Inces-Gaussian光束產(chǎn)生渦旋陣列激光光束的觀(guān)測(cè)
Express 16, 19934-19949(2008)]的步驟，利用嵌入Dove棱鏡的非平衡Mach-Zehnder干涉儀模擬了基于Ince-Gaussian模的渦旋陣列激光光束的生成。所提出的干涉裝置產(chǎn)生的渦旋陣列激光光束在傳播過(guò)程中和焦點(diǎn)都可以保持其光束輪廓。因此，所提出的渦旋陣列激光光束以二維陣列的形式應(yīng)用于光鑷和原子阱中，具有很大的前景。
任務(wù)說(shuō)明
在VirtualLab Fusion中構(gòu)建系統(tǒng)
系統(tǒng)構(gòu)建模塊—光源
系統(tǒng)構(gòu)建模塊—組件和探測(cè)器
渦旋陣列激光光束產(chǎn)生的仿真
在光源中使用不同模式階次生成渦旋陣列
橢圓度參數(shù)對(duì)渦旋陣列圖案的影響
總結(jié)—系統(tǒng)構(gòu)建模塊…
在VirtualLab Fusion的工作流程
? 設(shè)置輸入場(chǎng)
? Basic Source Models [教程視頻]
?Ince-Gaussian Models [用例]
? 使用界面構(gòu)造真實(shí)組件
? 定義組件的位置和方向
- LPD II : Position and Orientation [教程視頻]
? 為非序列追跡設(shè)置通道
- Channel Setting for Non-Sequential Tracing [用例]
VirtualLab Fusion 技術(shù)
文件信息
進(jìn)一步閱讀
- Mach-Zehnder Interferometer
- Ince-Gaussian Modes
展開(kāi) 
用了幾十年的渦旋真空泵，你還只知道它是渦旋真空泵
渦旋真空泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和諸多優(yōu)勢(shì)已被我們廣泛熟知，因此它被應(yīng)用于很多行業(yè)中，并受到了廣泛的好評(píng)，旋渦真空泵的適用范圍很廣，下面就以不同的行業(yè)的角度來(lái)整理一下渦旋真空泵在用途上的優(yōu)勢(shì)。
1、科學(xué)儀器行業(yè):同步輻射光束線(xiàn)機(jī)、電子顯微鏡、極光試驗(yàn)設(shè)備、分析測(cè)試儀器;
2、種種設(shè)備行業(yè): 薄膜制造設(shè)備、半導(dǎo)體器件封裝設(shè)備、材料制備設(shè)備、真空檢測(cè)設(shè)備、真空過(guò)濾設(shè)備、材料提純?cè)O(shè)備、超高真空排氣設(shè)備、牙科儀器、透析機(jī)等;
3、生物制品行業(yè):材料提純與藥品制備;
4、包裝行業(yè): 食品、藥品、生物制品等包裝設(shè)備;
5、真空冶金行業(yè): 真空爐、納米材料制備設(shè)備、真空檢測(cè)設(shè)備等領(lǐng)域。
機(jī)械設(shè)備的功能就在那里，但是不同的人可能會(huì)發(fā)現(xiàn)它不同的用處。對(duì)于渦旋真空泵亦是如此，你可以把它作為前級(jí)泵，通過(guò)與主泵的配合，來(lái)創(chuàng)造出更理想的真空環(huán)境;這樣就可以得到一個(gè)很好的無(wú)油真空系統(tǒng)。也可以根據(jù)它的特點(diǎn)和實(shí)際適用場(chǎng)合單獨(dú)使用。
旋片真空泵，滑閥真空泵的工作內(nèi)容都可以被渦旋真空泵給搞定，某些廠(chǎng)家達(dá)不到你所需求的標(biāo)準(zhǔn)，你亦然可以換購(gòu)渦旋真空泵，來(lái)維持某一真空泵前級(jí)壓強(qiáng)低于臨界前級(jí)壓強(qiáng)，當(dāng)然如果該廠(chǎng)家的旋片真空泵和滑閥真空泵還不錯(cuò)，你豈不是有更多的選擇了，何樂(lè)而不為呢？
展開(kāi) [VirtualLab] 二維叉形光柵產(chǎn)生渦旋光陣列
背景介紹
在現(xiàn)代光學(xué)與光子學(xué)領(lǐng)域，渦旋光束因其獨(dú)特的螺旋相位波前和軌道角動(dòng)量（OAM）特性，成為精密操控、量子通信、超分辨成像等前沿方向的核心工具。這類(lèi)光束的相位分布呈螺旋狀，光強(qiáng)表現(xiàn)為中心暗斑，其攜帶的 OAM 理論上可無(wú)限取值，為信息編碼與傳輸提供了全新維度。
然而，傳統(tǒng)的渦旋光束生成方法往往存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂或難以集成的局限。在此背景下，二維叉形光柵作為一種高效、緊湊的相位調(diào)制元件，逐漸成為生成渦旋光束的主流方案之一。它通過(guò)在基底上刻蝕出具有特定拓?fù)浜傻牟嫘蜗辔唤Y(jié)構(gòu)，可直接將入射的基模高斯光束轉(zhuǎn)換為攜帶 OAM 的渦旋光束，具有設(shè)計(jì)靈活、衍射效率高、易于批量制備等顯著優(yōu)勢(shì)。
隨著微納加工技術(shù)的飛速發(fā)展，二維叉形光柵的制備精度與性能不斷提升，不僅能實(shí)現(xiàn)單一拓?fù)浜傻?em>渦旋光束輸出，還可通過(guò)級(jí)聯(lián)或復(fù)用設(shè)計(jì)生成多通道、多模式的 OAM 光束陣列。這一技術(shù)突破，極大地推動(dòng)了渦旋光束在光通信、光學(xué)操控及量子信息處理等領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程，為下一代光子學(xué)器件的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。
建模任務(wù)
這一期為大家介紹的案例為二維叉形光柵產(chǎn)生渦旋光陣列，如圖1所示。在本案例中用到光源為高斯光源，波長(zhǎng)為532nm，束腰直徑為200μm。用可編程透過(guò)率函數(shù)模擬二維叉形光柵，經(jīng)過(guò)透鏡后查看在焦平面的光場(chǎng)分布。在焦平面通過(guò)光闌篩選特定級(jí)次后查看特定的衍射級(jí)次。如圖1所示為本案例的裝置圖。
圖1. 二維叉形光柵產(chǎn)生渦旋光陣列示意圖
二維叉形光柵的結(jié)構(gòu)如圖2所示，為水平叉形光柵和豎直叉形光柵的疊加，公式參考文獻(xiàn)3. 沿著x方向和y方向的光柵周期為28μm，沿著x和y方向的拓?fù)浜删鶠?，振幅因子γx和γy為0.5.
圖2.
展開(kāi) 渦旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)動(dòng)平衡設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證
近年來(lái)，隨著數(shù)控制造技術(shù)和工藝水平的不斷發(fā)展，新型渦旋壓縮機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速已高達(dá)12 000 r/min，雖然在很大程度上提高了機(jī)器的運(yùn)行效率，但同時(shí)也引發(fā)了一些新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，最典型的就是由偏心主軸產(chǎn)生的離心力所帶來(lái)的不利影響。在渦旋壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，周期性離心力會(huì)隨主軸轉(zhuǎn)速的提高而不斷增大，不僅會(huì)破壞動(dòng)渦盤(pán)與靜渦盤(pán)之間的徑向密封性，而且有可能導(dǎo)致整機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)劇烈的振動(dòng)及噪聲，不利于渦旋壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和高速化發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，如何提高渦旋壓縮機(jī)的動(dòng)平衡性能，使其能夠適應(yīng)更高的主軸轉(zhuǎn)速，一直是業(yè)內(nèi)人士和工程師研究的重要課題。本文通過(guò)結(jié)構(gòu)分析、理論計(jì)算、CAD 建模、動(dòng)力學(xué)仿真及誤差分析等一系列研究，成功實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)，為新型高速渦旋壓縮機(jī)的研發(fā)提供了有力支持。
1 轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)
根據(jù)渦旋壓縮機(jī)的功能原理及用途，為了使動(dòng)渦盤(pán)與靜渦盤(pán)之間的封閉容積腔按照月牙形規(guī) 律變化，一般將其主軸設(shè)計(jì)為帶有偏心半徑 r 的階梯軸如圖 1 所示，動(dòng)渦盤(pán)安裝于偏心軸之上，當(dāng)渦旋壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，動(dòng)渦盤(pán)在偏心主軸產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)下相對(duì)靜渦盤(pán)作平面運(yùn)動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn) 吸氣、壓縮和排氣的作業(yè)過(guò)程。
圖1 偏心主軸結(jié)構(gòu)
2 動(dòng)平衡設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 原理分析
在對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該通過(guò)結(jié)構(gòu)分析確定各不同回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的偏心質(zhì)量，然后根據(jù)偏心質(zhì)量的分布情況，計(jì)算能夠使轉(zhuǎn)子達(dá)到動(dòng)平衡所需的配重?cái)?shù)量、大小及位置，并將其施加于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)之上以達(dá)到動(dòng)平衡的設(shè)計(jì)目的。
渦旋壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的偏心質(zhì)量主要包括兩部分，即動(dòng)渦盤(pán)和偏心圓柱。
展開(kāi) CFD學(xué)習(xí)：渦旋脫落在海洋工程中的應(yīng)用
通過(guò)流體和海洋結(jié)構(gòu)的 CFD 建模，可以識(shí)別流體行為，這可用于計(jì)算渦旋脫落頻率。頻率分析有助于辨別可提高船舶設(shè)計(jì)效率的理想設(shè)計(jì)修改。
海洋工程系統(tǒng)通常在惡劣環(huán)境下運(yùn)行，包括暴露于動(dòng)態(tài)載荷和腐蝕性介質(zhì)。廣泛的結(jié)構(gòu)問(wèn)題源于這種暴露，影響船舶和其他海上結(jié)構(gòu)的性能、安全和穩(wěn)定性。在流體與船體或螺旋槳等部件相互作用期間，壓力波動(dòng)和振動(dòng)引起的不受控制的渦流脫落會(huì)進(jìn)一步加劇結(jié)構(gòu)損壞。
然而，渦流脫落的影響不僅限于它們對(duì)船舶設(shè)計(jì)的負(fù)面影響。渦旋脫落應(yīng)用的研究也促進(jìn)了不同設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化策略的發(fā)展。在本文中，我們將討論對(duì)流固耦合的理解如何幫助我們提高海洋工程中 幾個(gè)渦流脫落應(yīng)用的性能。
海洋結(jié)構(gòu)中的渦流脫落
當(dāng)船舶或潛艇等海洋結(jié)構(gòu)在流體中行進(jìn)時(shí)，相互作用會(huì)導(dǎo)致朝向阻流體（例如船體或螺旋槳）的下游側(cè)形成低壓區(qū)域。高壓區(qū)也朝向上游側(cè)形成。兩側(cè)的壓力差會(huì)產(chǎn)生漩渦，漩渦會(huì)交替地散落在身體的兩側(cè)。這種渦流脫落對(duì)海洋結(jié)構(gòu)具有廣泛的影響。
渦旋脫落對(duì)海洋結(jié)構(gòu)物的影響
積極影響
負(fù)面影響
流量測(cè)量
能量收集
穩(wěn)定性和適航性
拖
空化
噪音和振動(dòng)
渦流脫落應(yīng)用
許多海洋結(jié)構(gòu)利用以下渦流脫落應(yīng)用來(lái)提高運(yùn)行效率。
流量測(cè)量： 流量計(jì)安裝在流體流中，使用位于阻流體附近的傳感器測(cè)量渦流的頻率。流速測(cè)量的準(zhǔn)確性非常重要，因?yàn)?em>渦旋脫落的頻率與流速成正比。
展開(kāi) 