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針對螺桿壓縮機結(jié)構(gòu)復(fù)雜、泄露間隙小，且仿真過程中存在高質(zhì)量網(wǎng)格生成困難、耗時長的問題，流體機械和系統(tǒng)虛擬仿真軟件Simerics-MP/MP+配備了專業(yè)的螺桿壓縮機網(wǎng)格模板，可以根據(jù)螺桿壓縮機結(jié)構(gòu)特點（如：螺桿軸的類型是否存在截面變化、橫向運動方式、間隙尺寸等）一鍵生成高質(zhì)量的網(wǎng)格。

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。

通過有限元仿真，可以很直觀計算油分桶內(nèi)氣流流動方向，通過結(jié)構(gòu)上的改進，讓壓縮機氣流更改均勻，提升油分可靠性。同步流場仿真可以應(yīng)用到吸氣端蓋電機流道設(shè)計，讓壓縮機吸氣壓損更小以及電機換熱效果更好，如圖10所示。8 噪聲分析螺桿壓縮機雖然具有工作過程平穩(wěn)的特點，但是在壓縮流體剛接通出口時，由于出口面積小、流體速度高，高速流體沖刷出口壁面，出現(xiàn)較大的氣流噪聲[9]。

采用Simerics二叉樹非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對流體體積的進、出口端口進行網(wǎng)格劃分。所有的流體體積通過不匹配網(wǎng)格接口(MGI)連接在一起。網(wǎng)格數(shù)量約86萬個。下圖顯示了三維視圖中完整的模擬流體域。將進氣口設(shè)置為固定總壓，固定總溫邊界條件，出口設(shè)置為固定靜壓邊界條件。流體的氣相是空氣，用理想氣體狀態(tài)方程建模。陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為8000 RPM。

2 數(shù)學(xué)模型和參數(shù)設(shè)計2.1 仿真條件假設(shè)仿真設(shè)置豆粕為試驗材料。豆粕屬于冪律流體中的膨脹流體[14],是非牛頓流體中的一種，其流體黏度隨剪切速率的增加而增加且不可被壓縮，根據(jù)相關(guān)理論對流場進行設(shè)定，流體完全充滿流道且為等溫層流狀態(tài)。機筒溫度設(shè)置為100 ℃,機筒設(shè)為固定。

或者，選取 [包含 RPM 相依性計算] (Include RPM dependent calculations) 復(fù)選框，以執(zhí)行一系列不同 RPM 的仿真。

polyflow計算螺桿擠出和物料停留時間，有償答疑

圖2 固體模型幾何與網(wǎng)格 4.3 邊界條件設(shè)置 對于流體域仿真而言，流固交界面設(shè)置為固定溫度邊界，溫度值從固體模型模擬結(jié)果映射而來；對于固體域仿真而言，流固交界面設(shè)置為固定的熱通量邊界，熱通量值由流體模型的模擬結(jié)果映射得到，仿真分析原理如圖3所示。

[螺牙幾何編輯] (Screw Geometry Editing)菜單顯示料管區(qū)域的定義按下 INSERT 或單擊右鍵，可在 [螺桿幾何編輯] (Screw Geometry Editing) 菜單中插入加熱區(qū)域螺桿特性 (Screw Characteristics)螺桿區(qū)段的定義方式相似。此外也必須指定其他螺桿細節(jié)，例如溝槽深度、螺距、螺紋寬度、螺紋數(shù)等。

與流體模型的仿真時間相比，固體模型每次運行的仿真時間可以忽略不計。 模型邊詳細邊界條件設(shè)置如下表所示。在仿真過程中，陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動5圈左右時仿真結(jié)果開始呈現(xiàn)周期性變化。下圖顯示了流體和轉(zhuǎn)子之間的瞬時和平均熱通量。轉(zhuǎn)子界面處流體與固體之間的最大瞬時熱流約為400w，殼體外表面帶走的平均熱量約為100w。

機器參數(shù)會顯著影響螺桿清洗料的清洗效果，溫度和使用時間等各種因素都會對清洗效果產(chǎn)生影響。在選擇和使用螺桿清洗料時需要考慮這些因素。專門為其預(yù)期使用的溫度范圍設(shè)計的螺桿清洗料將提供最佳效果。此外，設(shè)備類型的不同也需要不同的清洗料設(shè)計。與注塑成型中使用的聚合物相比，用于擠出的螺桿清洗料通常粘度更大。注塑應(yīng)用中的螺桿清洗料一般設(shè)計用于清洗更多的流體聚合物。

對于雙螺桿泵，粘度大的流體比粘度小的液體的泄漏要小，泄漏量與介質(zhì)粘度有一定的比例關(guān)系。2.壓力：雙螺桿泵的工作壓力由出口負載決定，即出口阻力來決定。出口阻力與泵的出口處的壓力是匹配的，出口阻力越大，工作壓力也越大。若想知道壓力，則需要用流體力學(xué)的知識對出口阻力精確的計算。3.軸功率：泵的軸功率分為兩部分，即：液壓功率（壓力液體的能量）和摩擦功率。

參考文獻：［１］　邢子文．螺桿壓縮機—理論、設(shè)計及應(yīng)用［Ｍ］．北京：機械工業(yè)出版社，２０００．［２］　彭學(xué)院，邢子文，崔天生，等．噴油螺桿壓縮機工作過程的研究及應(yīng)用［Ｊ］．流體機械，２００１，２９（１）：９－１３．

［９］　武萌，談慶鵬，王君，等．新型交叉軸雙螺桿膨脹機轉(zhuǎn)子的設(shè)計與受力性能研究［Ｊ］．流體機械，２０２１，４９（０５）：２１－２５＋３２．［１０］　蔡宏，范年寶．工藝用無油螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)與設(shè)計［Ｊ］．流體機械，２０１１，３９（１０）：５０－５２＋１８．作者簡介：任純吉（１９９９－），男，碩士研究生，主要研究方向為流體機械及其內(nèi)部流動。

仿真中采用了兩個獨立的模型:流體域模型和固體域模型。兩個模型之間的耦合傳熱是通過迭代過程耦合在一起的。 在流體模型中，采用網(wǎng)格生成軟件SCORG對雙螺桿轉(zhuǎn)子部分進行網(wǎng)格劃分。SCORG為不同旋轉(zhuǎn)角度的轉(zhuǎn)子創(chuàng)建了一系列網(wǎng)格文件。通過Simerics - SCORG網(wǎng)格接口將轉(zhuǎn)子網(wǎng)格文件讀入求解器。利用Simerics二叉樹非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對流體域的進出口進行網(wǎng)格劃分。

目前，對螺桿泵的研究大多是圍繞螺桿轉(zhuǎn)子型線和轉(zhuǎn)子機械性能進行的，關(guān)于螺桿內(nèi)部流場的關(guān)鍵技術(shù)和動態(tài)特性的研究很少報道。泵內(nèi)流體為復(fù)雜、不穩(wěn)定、不可壓縮的粘性流，直接影響螺桿泵的性能。用試驗方法驗證幾何設(shè)計的合理性需要大量的人力和物力，而CFD方法則可以節(jié)約成本，加速設(shè)計周期。

ScrewPlus 結(jié)果可視化 (Result Visualization in ScrewPlus)因為塑化時螺桿會縮回，因此在仿真期間螺桿位置也會移動。在[塑化成型結(jié)果] (Plastication Modeling results) 菜單中，移動滑桿，再單擊 [顯示] (Show) 按鈕，以 0%、25、50% 與 75% 收縮度可視化結(jié)果。

我們可以從理論分析與有限元仿真相結(jié)合的方法對其進行設(shè)計優(yōu)化。圖1 流道截面圖 首先利用流體力學(xué)相關(guān)知識對其流道初步設(shè)計，圖1是公司的某款兩級壓縮的內(nèi)部流道的截面三維圖。內(nèi)部流道氣流是否順暢、渦流是否存在、局部壓力損失大小、如何進一步優(yōu)化，這些問題只靠樣機試制去解決是很困難的，而且試制成本也會增加。

張春建等對大型螺紋旋風(fēng)銑床主傳動系統(tǒng)和銑削工件系統(tǒng)進行了動力學(xué)仿真分析，提出以多點支撐和硅油減震器抑制旋銑系統(tǒng)振動。尹輝俊等針對旋風(fēng)銑床加工大型錨具外螺紋時的振動進行了測試分析，采取增厚銑頭基座的方法降低振動。雖然研究人員在旋銑機理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計方面進行了深入研究，但上述研究對象主要集中在絲杠、螺紋、螺桿、大模數(shù)螺桿、葉輪等方面，針對電機軸螺桿旋銑裝備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計鮮有報道。