一種渦旋式流體機(jī)械結(jié)構(gòu)化動(dòng)網(wǎng)格建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及渦旋式流體機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種渦旋式流體機(jī)械結(jié)構(gòu)化動(dòng)網(wǎng)格建 模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 渦旋式流體機(jī)械屬于一種容積式流體機(jī)械，壓縮部件主要由動(dòng)渦旋盤和靜渦旋盤 組成。渦旋式流體機(jī)械主要的運(yùn)行部件為動(dòng)靜渦旋盤，因而壽命更長(zhǎng)被譽(yù)為免維修的壓縮 機(jī)。渦旋式流體機(jī)械的獨(dú)特設(shè)計(jì)使其具有運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小、重量輕、壽命長(zhǎng)優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 渦旋式流體機(jī)械是依靠動(dòng)靜渦旋齒之間的公轉(zhuǎn)平動(dòng)，形成多個(gè)容積周期性變化的 工作腔，實(shí)現(xiàn)其工作過(guò)程；其特點(diǎn)是：①帶有移動(dòng)邊界；②包含多個(gè)容積周期性變化的工作 腔且工作腔位置瞬時(shí)變化；③依靠嚙合間隙來(lái)分隔工作腔，組成嚙合間隙的兩邊界之間有 相對(duì)剪切運(yùn)動(dòng)；④動(dòng)靜渦旋齒之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)是公轉(zhuǎn)平動(dòng)。因此對(duì)于其工作過(guò)程中工作腔內(nèi) 氣體熱力過(guò)程的研宄難以用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)直接測(cè)量，而采用數(shù)值模擬方法能夠直觀地展現(xiàn) 氣體流動(dòng)的流場(chǎng)，對(duì)于渦旋式流體機(jī)械的工作性能預(yù)測(cè)和設(shè)計(jì)具有重要的作用，網(wǎng)格建模 是數(shù)值模擬的關(guān)鍵技術(shù)。
[0004] 發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在以下缺點(diǎn)和不足：
[0005] 現(xiàn)有的應(yīng)用于渦旋式流體機(jī)械數(shù)值模擬方法的模型有非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型，普遍使 用的為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型，該網(wǎng)格模型在使用的過(guò)程中，由于網(wǎng)格的重構(gòu)再生會(huì)引起在嚙 合間隙處僅有單層網(wǎng)格使得網(wǎng)格數(shù)目過(guò)少不能滿足準(zhǔn)確計(jì)算的需要，同時(shí)易產(chǎn)生負(fù)體積等 問(wèn)題；對(duì)于結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型，目前只有用于單個(gè)工作腔的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型，并且沒(méi)有解決嚙 合間隙處的網(wǎng)格問(wèn)題，不能模擬實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)[1]。
[0006] [1]OoiK T, Zhu J. Convective heat transfer in a scroll compressor chamber : a 2 -D simuI ation[J] . International Journal of Thermal Sciences, 2004, 43(7):677-688.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種渦旋式流體機(jī)械結(jié)構(gòu)化動(dòng)網(wǎng)格建模方法，本發(fā)明通過(guò)結(jié)構(gòu)化動(dòng) 網(wǎng)格建模提高了渦旋式流體機(jī)械模擬結(jié)果的準(zhǔn)確度，滿足了實(shí)際應(yīng)用中的需要，詳見(jiàn)下文 描述：
[0008] -種渦旋式流體機(jī)械結(jié)構(gòu)化動(dòng)網(wǎng)格建模方法，所述結(jié)構(gòu)化動(dòng)網(wǎng)格建模方法包括以 下步驟：
[0009] 建立渦旋式流體機(jī)械初始結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型；
[0010] 所述渦旋式流體機(jī)械初始結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型內(nèi)所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的平移 運(yùn)動(dòng)，具體包括：
[0011] 網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的識(shí)別、網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)平移位移的確定、指定網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的平移速度、完成嚙合 并達(dá)到嚙合間隙結(jié)束的時(shí)間；
[0012] 在平移運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)上，所述渦旋式流體機(jī)械初始結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型內(nèi)所有網(wǎng)格節(jié)點(diǎn) 沿不同半徑值的圓周進(jìn)行公轉(zhuǎn)平動(dòng)，具體包括：
[0013] 網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的再次識(shí)別、網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的確定、網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)公轉(zhuǎn)平動(dòng)半徑的確定、 確定公轉(zhuǎn)平動(dòng)運(yùn)動(dòng)的角度。
[0014] 最終得到渦旋式流體機(jī)械結(jié)構(gòu)化動(dòng)網(wǎng)格模型。
[0015] 所述建立渦旋式流體機(jī)械初始結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型的步驟具體為：
[0016] 將渦旋式流體機(jī)械工作區(qū)域劃分為由圓漸開(kāi)線所圍成的圓漸開(kāi)線區(qū)域、以及齒頭 處由圓弧所圍成的圓弧區(qū)域；
[0017] 獲取渦旋型線的基本參數(shù)；
[0018] 對(duì)所述圓漸開(kāi)線區(qū)域進(jìn)行滿足第一預(yù)設(shè)條件的建模和網(wǎng)格劃分；
[0019] 對(duì)圓弧區(qū)域進(jìn)行滿足第二預(yù)設(shè)條件的建模和網(wǎng)格劃分；
[0020] 將兩部分網(wǎng)格模型通過(guò)拼接得到渦旋式流體機(jī)械初始結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型。
[0021] 所述渦旋型線的基本參數(shù)包括：圓漸開(kāi)線的發(fā)生角、展開(kāi)角、基圓半徑及圓弧修正 的修正展角。
[0022] 其中，所述第一預(yù)設(shè)條件具體為：
[0023] 劃分后的網(wǎng)格層線均滿足圓漸開(kāi)線方程，且相鄰的網(wǎng)格層線之間的發(fā)生角差值是 固定值。
[0024] 其中，所述第二預(yù)設(shè)條件具體為：
[0025] 劃分后的每一層網(wǎng)格層線為一段圓弧，并且相鄰的網(wǎng)格層線均為同心圓弧，且半 徑差值為固定值。
[0026] 每一層網(wǎng)格層線在對(duì)于圓漸開(kāi)線區(qū)域在同一條圓漸開(kāi)線、圓弧區(qū)域的同一層網(wǎng)格 的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)在同半徑的圓上；
[0027] 與網(wǎng)格層線相垂直的網(wǎng)格法線方向上的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)共法線，動(dòng)靜渦旋盤在嚙合的過(guò) 程中嚙合間隙處網(wǎng)格層線與網(wǎng)格法線垂直；
[0028] 渦旋式流體機(jī)械初始結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型所具有的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的數(shù)量等于網(wǎng)格層數(shù)與 每一層網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的乘積；
[0029] 網(wǎng)格在嚙合過(guò)程中能夠保證網(wǎng)格層線與網(wǎng)格法線相互垂直。
[0030] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了渦旋式流體機(jī)械基于結(jié)構(gòu)化 動(dòng)網(wǎng)格的工作過(guò)程數(shù)值模擬，解決了現(xiàn)有的非結(jié)構(gòu)化動(dòng)網(wǎng)格應(yīng)用于渦旋式流體機(jī)械數(shù)值模 擬所存在的問(wèn)題，例如：嚙合間隙處網(wǎng)格數(shù)目過(guò)少、易產(chǎn)生負(fù)體積問(wèn)題。應(yīng)用本發(fā)明可以得 到渦旋式流體機(jī)械內(nèi)部流場(chǎng)的分布規(guī)律，能夠更為準(zhǔn)確地揭示其內(nèi)部流場(chǎng)，對(duì)于渦旋式流 體機(jī)械內(nèi)部流動(dòng)特性的研宄具有重要的理論意義。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1為網(wǎng)格區(qū)域劃分示意圖；
[0032] 圖la)為圓漸開(kāi)線區(qū)域不意圖；圖Ib)為圓弧區(qū)域不意圖；
[0033] 圖2為圓漸開(kāi)線區(qū)域示意圖；
[0034] 圖2a)為圓漸開(kāi)線區(qū)域網(wǎng)格層線示意圖；圖2b)為圓漸開(kāi)線區(qū)域網(wǎng)格層線定義示 意圖；
[0035] 圖3為圓弧區(qū)域示意圖；
[0036] 圖3a)為圓弧區(qū)域網(wǎng)格層線示意圖；圖3b)為圓弧區(qū)域網(wǎng)格層線定義示意圖；
[0037] 圖4為初始網(wǎng)格示意圖；
[0038] 圖5為網(wǎng)格平移示意圖；
[0039] 圖5a)為初始結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型示意圖；圖5b)為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格模型平移結(jié)束后模型 示意圖；
[0040] 圖6為程序流程圖；
[0041] 圖7為半徑確定示意圖；
[0042] 圖7a)為網(wǎng)格層線半徑確定不意圖；圖7b)為網(wǎng)格層線公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特征圓不意圖； 圖7c)為嚙合間隙處網(wǎng)格層線分布示意圖；
[0043] 圖8為網(wǎng)格公轉(zhuǎn)平動(dòng)示意圖；
[0044] 圖8a)為網(wǎng)格公轉(zhuǎn)平動(dòng)初始位置示意圖；圖8b)為網(wǎng)格公轉(zhuǎn)平動(dòng)90度時(shí)位置示意 圖；圖8c)為網(wǎng)格公轉(zhuǎn)平動(dòng)180度時(shí)位置示意圖；圖8d)為網(wǎng)格公轉(zhuǎn)平動(dòng)270度時(shí)位置示意 圖；
[0045] 圖9為嚙合間隙處網(wǎng)格示意圖；
[0046] 圖9a)為非結(jié)構(gòu)化嚙合間隙處網(wǎng)格示意圖；圖9b)為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格嚙合間隙網(wǎng)格示 意圖。
[0047] 附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：
[0048] 101-圓漸開(kāi)線區(qū)域；102-圓弧區(qū)域；
[0049] 201一動(dòng)禍旋齒； 202-靜禍旋齒；
[0050] 203-網(wǎng)格層線； 301-網(wǎng)格法線。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步