壓縮機熱仿真的案例
淺析離心壓縮機設計與流固耦合仿真
即如何利用Simerics-MP+進行壓縮機的熱流場仿真，并結合有限元分析工具進行壓縮機的流固耦合仿真分析，通過離心壓縮機內部流場與葉輪流固耦合強度分析，從熱氣動分析角度研究葉片失效（斷裂等）因素對于葉輪結構設計的參考和優化指導。
壓縮機設計與流固耦合仿真技術路線
本技術方案引入專業的壓縮機參數化設計工具CFturbo，壓縮機熱流場仿真分析工具Simerics-MP+（原PumpLinx），以及有限元分析工具來進行壓縮機的設計仿真優化和結構校核模擬。其中CFturbo與Simerics-MP+之間具備設計仿真的無縫集成接口，即CFturbo設計的方案模型可在CFturbo中直接轉換為Simerics-MP+可用的模型，并自動啟動Simerics-MP+進行熱流體計算，而無需其他的前處理和求解設置工作。
CFturbo與Simerics-MP+無縫集成特征
Simerics-MP+的前身即專業的運動機械仿真工具PumpLinx，對于壓縮機及其他運動機械的熱流場仿真分析而言，由于其內置的壓縮機分析模板、快速高效的前處理和求解功能，使得壓縮機的熱力學模擬過程十分高效，其MPI高并行功能則更加速了這一進程。而對于一些非理想工況，也可以通過其內置的Nist真實物性數據提取的小程序，實現壓縮機真實氣體熱流場的模擬，更提高了模擬的精確性。
展開 壓縮機仿真：補氣式滾動轉子壓縮機的CFD仿真及優化研究
空調、制冷行業的快速發展，極大地推動了壓縮機技術的發展，對于我國北方等低溫地區，隨著室外溫度降低，壓縮機壓縮比增大、蒸發溫度降低等，存在低溫環境下制熱能力下降的難題，其中，中間補氣技術是熱泵低溫環境有效克服低溫環境的有效措施之一；補氣技術也由此越來越引起壓縮機制造企業的重視，對提高企業壓縮機產品的綜合競爭力具有十分重要的意義。
單缸滾動轉子壓縮機的補氣是通過在壓縮腔中增加補氣口，通過引入中壓流體形成對壓縮腔進行噴射補氣。圖1為該類壓縮機的補氣增焓結構圖，滾動轉子壓縮機的工作過程中包括了吸氣和壓縮過程，而補氣是針對壓縮過程補氣，將補氣孔設置在與壓縮腔連通的排氣孔附近，而為了防止補氣流體回流，可以設置簧 片閥等止回閥結構，當補氣流體壓力大于壓縮腔內的流體壓力時打開補氣孔進行補氣，稱為準二級壓縮形式。準二級壓縮的滾動轉子壓縮可有效解決壓縮機在低溫工況下排氣溫度過高和制熱量不足等問題，已經成為解決低溫工況下空氣源熱泵性能衰減的重要技術途徑。由于補氣口開在排氣口附近的氣缸壁上，將不可避免有一段補氣口和吸氣口串通的時間，在這段時間內，補氣口噴射出來的中壓流體回流至吸氣管，導致壓縮機的容積效率下降；為了克服上述技術問題，根據滾動轉子壓縮機中設置有往復運動的滑片結構，發展出了一種將補氣通道開設在滑片上的補氣結構，如圖1（b）所示，將補氣通道直接設置在滑片上，并將補氣通道的端部距離滑片端部一定距離設置，通過該距離的設定可以實現在吸氣階段不進行補氣而在壓縮階段才開始補氣，防止了噴射氣體的回流，更好地適應滾動轉子壓縮機的工作過程，提高了補氣效果。
展開 壓縮機仿真學習：離心壓縮機參數辨識
文章來源：壓縮機網
ANSYS CFX 壓縮機仿真-離心壓縮機葉輪
本文利用CFX模擬離心壓縮機葉輪的氣動性能。
注：本文采用CFX 2019R2進行演示
1 幾何模型
幾何模型來自ANSYS-CFX的教程文檔。下圖是幾何模型的示意圖。這個葉輪有24個葉片，以22360rpm的轉速繞Z軸旋轉。
△ 幾何模型示意圖
2 BladeGen定義幾何
啟動Workbench 2019 R2，將BladeGen模塊拖入工程視圖，右擊
A2：Blade Design→Properties，在屬性面板中設置如下圖所示
△ 屬性設置
加載創建好的葉輪。
ANSYS Fluent 壓縮機仿真｜離心壓縮機計算
本案例演示利用Fluent計算離心式壓縮機內部流程并實現參數化的一般流程。
1 問題描述
要計算的壓縮機如下圖所示。
其包含6個主葉片及6個分流葉片，只計算單流道模型，如下圖所示。
流體介質為空氣，葉輪轉速155733 rpm，沿z軸旋轉。
2 計算流程
啟動Workbench，讀取文件
TurbochargerCompressorFluentStartingPoint.wbpz
添加Fluent模塊，計算模塊如下圖所示
雙擊
D2單元格進入Fluent
3 Fluent計算
3.1 General設置
進入
General設置面板，保持默認設置
設置
angular-velocity的單位為
rev/min
3.2 Models設置
開啟能量方程
選擇使用
SST k-omega湍流模型
3.3 Materials設置
指定密度為
ideal-gas，指定粘度為
sutherland
Sutherland對話框采用默認設置。
展開 螺桿壓縮機仿真：Simerics 螺桿壓縮機網格模板介紹
螺桿式壓縮機又稱螺桿壓縮機，分為單螺桿式壓縮機及雙螺桿式壓縮機。由于其結構簡單、易損件少，能在大的壓力差或壓力比的工況下工作，排氣溫度低，對制冷劑中含有大量的潤滑油不敏感，有良好的輸氣量調節性，螺桿式壓縮機廣泛地應用在冷凍、冷藏、空調和化工工藝等制冷裝置上。此外，以螺桿式壓縮機為主機的螺桿式熱泵廣泛應用在采暖空調方面，有空氣熱源型、水熱泵型、熱回收型、冰蓄冷型等。
其中，單螺桿壓縮機主要由一個圓柱形螺桿、兩個平面星輪和機殼組成的。螺桿和星輪組成嚙合副裝在機殼內，由螺桿槽、星輪、機殼組成密封容積變化的氣腔。當螺桿主軸在外部電機的驅動下運轉時，星輪也隨著螺桿運轉。兩個星輪將螺桿分成對稱獨立的封閉空間，當螺桿轉動時,星輪在螺旋槽內相對運動，改變星輪、螺旋槽、機殼組成的密封空間的大小，實現吸氣、壓縮、排氣的過程。
圖1 單螺桿壓縮機
單螺桿壓縮機雖然具有零部件少、重量輕、機械效率高、噪聲低和振動小等優勢，但由于其結構緊湊，壓縮機轉子齒頂密封齒與殼體之間的泄露間隙非常小，使得其三維CFD仿真變得十分困難。
展開 壓縮機仿真學習：影響離心壓縮機特性曲線的參數，你了解過嗎?
離心壓縮機機理模型在仿真時，壓縮機的溫度、壓力、流量以及其它成分均來自現場DCS讀取的過程數據。一般在設計工況附近，壓縮機有最高效率，流動情況最完善；當流量增大時，由于摩擦損失和沖擊損失明顯增大，級效率將下降；當流量減小時，分離沖擊損失明顯減小。
此外，由于流量減小，相對的漏氣損失和輪阻損失也增大，所以也使級效率降低。壓縮機性能不僅反映了級壓比、效率等與流量的關系外，也反映了級的穩定工況范圍的大小。
文章來源：蚌埠榮強壓縮機
Deform銅合金熱壓縮仿真 ￥37
[圖片]
手把手教你做小型除濕機的設計和壓縮機仿真分析！！
我們常用的家用小型除濕機，一般采用的是冷凍除濕原理，其本質就是一臺空調機組（我們家用空調也具有除濕模式），通過蒸發器盤管冷凝空氣中的小液滴，將空氣中的水析出來，達到除濕的目的。做小型家用除濕機的仿真，本質就是做制冷系統的仿真模擬。一般除濕機具有自己的國標工況（27℃/60%相對濕度），測試出來的除濕量就是銘牌數據了。
一、原理：
先了解下除濕機的原理：
上圖為一體式除濕機的示意圖，濕空氣先經過蒸發器盤管，降溫、除濕，析出來的水通過排水管排走；低溫空氣從蒸發器出來以后，進入到冷凝器盤管后升溫，從除濕機出來的就是干空氣了。我們從原理上可以，如果該一體式除濕機在密閉式空間，隨著時間的推進，房間內的空氣溫度會逐漸升高的，這是由于制冷系統內的制熱量會大于制冷量所決定的。
二、設計要點
小型家用除濕機裝置基本是按照家用空調去做設計的，其制冷系統可以參考以下的思路進行設計和模擬仿真：
制冷劑：通常采用R410A比較多。
壓縮機：與家用空調壓縮機基本相同，采用轉子式壓縮機，品牌主要可以采用海立轉子式壓縮機；可以根據樣本資料，輸入排量進行壓縮機的仿真。
冷凝器：采用翅片管式換熱器，Vapcyc軟件可以導入Coildesigner的換熱器模型進行仿真計算；
節流結構：目前小型家用除濕機采用毛細管和電子膨脹閥比較偏多。
蒸發器：采用翅片管式換熱器，Vapcyc軟件可以導入Coildesigner的換熱器模型進行仿真計算；需要注意的是，Vapcyc導入蒸發器模型的時候，需要考慮蒸發器的潛熱負荷，可以選用如下帶潛熱負荷的蒸發器模型：
管道模型：
一體式的除濕機管道都比較偏短，一般的仿真模型中我們可以不考慮管道的影響，如果是需要做系統的優化，建議考慮增加吸氣、排氣、液管的管道模型。
展開 晶體塑性耦合元胞自動機模擬熱壓縮過程中的再結晶行為
參考文獻：《A straightforward 3D polycrystal plasticity finite element method for dynamic/static recrystallization simulation》
文章doi：10.1016/j.jmst.2024.09.005
在這個文章中，作者提出了一種直接在 CPFEM 中實現 DRX/SRX 的方法，以位錯密度為核心變量，利用 UMAT 進行應力積分、在 UEXTERNALDB 中執行形核與晶界遷移，在 FE 網格上同步更新取向、位錯密度、等狀態變量，同一仿真中先熱壓縮（出現 DDRX 多循環與流動應力峰值震蕩），隨后“原地”退火，追蹤 SRX 繼續演化，避免傳統方法里變形場到顯微組織模型的跨尺度映射難題。
需要注意的是，作者模擬的兩類再結晶（動態和靜態）使用的機制是相同的，只是材料參數不同。
本構理論分成晶體塑性和再結晶兩部分，其中晶體塑性部分公式如下：
流動方程（經典的唯象流動）：
硬化方程使用的taylor位錯模型
位錯密度的演化使用經典的KM方程：
再結晶部分公式包含形核和晶界遷移兩部分，其中形核的理論公式是
晶界遷移速度為：
整體數值實現框架示意圖如下：
作者以OFHC銅為研究對象，對775K和875K的熱壓縮進行了研究，分析了溫度對再結晶的影響，以及定向形核和生長選擇兩類機制的差異，同時模擬了順序耦合的 DRX→SRX（退火）過程及異常晶粒長大（AGG），模擬效果如下：
根據作者提供的思路（相對簡單清晰），可以編寫對應的子程序，完整晶體塑性和元胞自動機的完全耦合，同樣使用隱式umat實現。
展開 離心式壓縮機仿真案例
一、多參坐標系描述
旋轉機械問題設計到旋轉的流體域（rotating flow domain），所有的旋轉部件（moving parts，fan blades，hub，shaft surfaces...）是以一定的角速度進行旋轉的，靜止壁面（stationary walls，shrouds-蓋板，duct walls-風道壁面）是關于旋轉軸的轉轉曲面（surfaces of revolution），所涉及到的整體域被作為一個單一旋轉參考坐標系（a single rotating frame of reference）；然而當其中一部分是關于不同旋轉軸進行轉轉，或關于相同的軸按照不同的速度旋轉或靜止壁面不屬于“surfaces of revolution”（如在離心式壓縮機輪子周圍的蝸殼），單一的旋轉坐標系統（single rotating coordinate system）已不能夠滿足使計算域固定（immobilize），為了預測穩態的流場，因此必須以“多參考坐標系”（multiple reference frames）的方式進行仿真；
離心式鼓風機（Centrifugal blower）2D模型：
使用MRF模型能夠分析與一個或多個旋轉部件相關的流動特性，在一個單一計算域內多旋轉參考坐標系能夠被使用，流場結果代表旋轉部件移動到某一位置時的瞬態結果（snapshot-抓拍of the transient flow field）；然而在很多案例中交界面能夠以這種方式進行選擇-在該位置的流場是獨立于移動部件的方向的，這就意味著如果交界面能夠被繪制（drawn）以具有很小或者沒有角度依賴性（little or no angular dependence），MRF模型能夠成為可靠的工具用于時均流場的求解（time-averaged flow fields
展開 
空氣壓縮機優化仿真 ￥300
1.疑問解答：
1）為什么整機仿真葉輪出口和單流道仿真葉輪出口總壓、總溫不一致
2）為什么整機仿真葉輪出口總溫總壓計算出來的效率比蝸殼出口總溫總壓計算出來的效率低，為什么整機仿真蝸殼出口總壓和總溫比葉輪出口總壓總溫高
3）仿真結果異常的原因是什么，如何去修正
2.簡單優化，額定點蝸殼出口整機效率提高到74%以上
ANSYS CFX-壓縮機CFD仿真流程
CFX-壓縮機仿真
壓縮機的仿真涉及到的是可壓縮流體的一個仿真，所以本次的課程主要涉及到的是可壓縮流體的一個仿真流程。
渦旋壓縮機的虛擬建模與運動仿真
摘 要: 為了分析渦旋壓縮機運動機構的動力特性和運動規律，根據渦旋壓縮機的結構和工作原理，采用三維實體建模和虛擬樣機軟件對其運動機構進行了三維實體建模，通過渦旋壓縮機的運動仿真，獲得了準確的運動學參數曲線，保證了渦旋壓縮機設計的正確性和可靠性，提高了整體設計效率和精度。
關鍵詞: 渦旋壓縮機; 虛擬建模; 運動仿真
前言：虛擬樣機( Visual Prototype) 技術是通過計算機等技術手段把產品資料集成到一個可視化環境中，實現產品的仿真分析。使用系統仿真軟件，可以在各種虛擬環境中真實地模擬系統的運動，不斷修改設計缺陷及改進系統，直至獲得最優設計方案，最終做出比較理想的物理樣機［1］。
在眾多的商業產品中，美國 MDI 公司的 ADAMS軟件是最具權威性、應用范圍最廣的虛擬樣機仿真軟件。它不但可以方便快捷地對虛擬樣機進行靜力學、運動學和動力學分析，而且其開放的程序結構和接口還使它成為特殊行業用戶進行特殊虛擬樣機分析的二次開發工具［2］。本文采用ADAMS 軟件對高效低噪渦旋壓縮機的運動機構進行仿真研究。
渦旋壓縮機的結構與工作原理渦旋壓縮機主要由動渦旋盤、靜渦旋盤、十字滑環、曲軸和支架體等零件組成
渦旋壓縮機的基本結構2012 年第 40 卷第 1 期 流 體 機 械 17動、靜渦旋盤偏心一定距離相錯某一角度安置在一起。動靜渦旋齒相互嚙合后形成多個封閉容積，動渦旋在曲軸驅動和防自轉機構限制下，實現回轉平動運動。使動、靜渦旋齒相互嚙合形成的月牙形封閉容積發生周期變化，實現氣體的吸入、壓縮和排氣，參見圖 2 所示。
渦旋壓縮機工作原理3 公轉型渦旋壓縮機運動機構圖 3、圖 4 示出渦旋式壓縮機的運動機構模型。
展開 滾動轉子式壓縮機轉軸振動仿真及試驗研究
論文價值的評定意見：
壓縮機工作過程中的振動噪聲是評價其設計制造水平的重要技術性能指標之一，對于轉子式壓縮機轉軸的振動進行分析評價和優化對于改善整機振動噪聲有重要意義。
該論文以滾動轉子式壓縮機轉軸振動仿真及試驗研究為主題開展相關研究，以搭載9槽6極電機的壓縮機為例，對其轉軸振動噪聲問題進行了研究，從機理上解釋了相關噪聲產生的原因，并通過轉軸彎曲模態優化改進了整機的振動噪聲。論文對于壓縮機振動控制有一定幫助。
摘要
Abstract
以搭載9槽6極電機的壓縮機為例，研究了變頻壓縮機運行時與電機極數有關的轉軸振動噪聲問題。首先，通過對徑向電磁力分析，明確了壓縮機電機6f徑向電磁力的組成；其次，通過仿真分析和試驗測試的手段對轉軸的振動特性進行分析，進一步指明6f電磁力與轉軸彎曲模態共振是導致轉軸振動噪聲問題的根源；最后，通過對某款變頻壓縮機的轉軸彎曲模態進行仿真分析及優化，降低了轉軸振動噪聲，改善了壓縮機的聲品質。
關鍵詞
Keywords
滾動轉子式壓縮機；轉軸；電機極數；彎曲模態；聲品質
DOI:10.19784/j.cnki.issn1672-0172.2023.02.001
0 引言
滾動轉子式壓縮機是家用空調的動力元件，也是其最主要的噪聲源之一。在壓縮機的噪聲中，主要有結構噪聲、氣流噪聲和電機噪聲。
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