基于Fluent模拟的空压机散热设计
时间:2018-04-27 11:23 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 摘要：目前，空压机在我国的市场规模每年都以较快的速度增长。随着空气压缩机的行业的不断发展，越来越多的企业进入气压缩机行业，越来越多的人对气压缩机行业青睐。空压机之所以发展的如此迅速，是因空气具有良好的可压缩性和弹性，输送系统简单安全，所以被广泛应用于工矿企业，主要用作风动设备的动力源或物料输送。特别是在煤矿井下含有易燃易爆型粉尘和瓦斯的环境中，压缩空气更是具有电力能源不可比拟的安全性和可靠性。21884 但是由于空气压缩设备的压缩效率较低，空气压缩后形成的压力势能只占压缩机输入能量的20%左右，压缩机输入能量的大约80%均以热能的形式排放到环境空气中。将空气一级压缩至0.8MPa 时，空气温度理论温度可达到263℃，可见空压机运行过程中会产生大量的热能，因此必须重视空压机的散热设计，否则极有可能造成安全事故。 本文采用数值模拟的方法对螺杆空压机运行时，对空压机内部通风散热进行模拟研究。本次设计前期需要使用gambit软件对空压机进行模型建立，再使用fluent软件模拟空压机内部温度场。Fluent软件是个工程运用的CFD软件,针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度方面达到最佳。可以计算流场、传热和化学反应。缩短了设计过程，减少实验室测定试验的数目，减少产品开发成本,也即为CFD的作用所在。论文网 本次设计研究的是长3米，宽2.5米，高1.5米的螺杆空压机，具有左右两侧各一排四个尺寸大小为0.6×0.05米的排风孔，内部有电机、轴承、储气罐、操作台等部件。在使用fluent软件进行模拟之前，需要使用gambit软件建立空压机模型。为了更加方便的观察这次设计的变化，模型采用了1:2的比例建立空压机模型。然后通过fluent软件设定空压机的相关参数，并模拟螺杆空压机处于最高运行温度时的工况。进行模拟后得知原始工况的螺杆空压机内部的温度过高，所以设计四种方案来研究空压机内部散热。四个方案分别为：增加出风口数量、增加出风口尺寸、增大进风口面积、增大进风口速度。 方案一：研究把螺杆空压机原有的两边4个排风口增加到了9个排风口的散热情况，通过模拟结果可知：虽然增加排风口的数量会降低空压机内部的温度，但是温度降低不是十分明显，所以方案一不符合散热要求。 方案二：研究把螺杆空压机排风口的尺寸由6m×0.05m增大为0.8m×0.1m，通过模拟结果可知：空压机内部温度有所降低，但不满足散热需要。 方案三：研究螺杆空压机风扇的风速由1m/s增加到2m/s时的散热情况，通过模拟结果可得：空压机内部温度降低明显，满足散热需求。 方案四：研究当螺杆空压机的风扇半径由0.6米增大到0.8米时的散热情况，模拟结果表明：空压机内部温度明显降低，满足散热需求。 通过这四个方案模拟得出以下结论：方案一和方案二对散热有一定影响但不足以满足优化需要；方案三和方案四满足散热需求，但考虑到方案三会增加电路负担和增加成本，确定方案四为当螺杆空压机散热量为定值时的最优化散热方案。 本次设计还需要使用UDF对空压机进行动态模拟，进一步优化螺杆空压机的散热设计。UDF是Fluent软件提供的一个用户接口，用户可以通过它与Fluent模块的内部数据进行交流，从而可以解决一些标准的Fluent模块不能解决的问题。因为fluent软件无法对动态热量值进行模拟，所以需要通过UDF引入空压机发热量的经验公式，使热源的发热情况更加切合实际，实现空压机内部温度场的动态模拟。把空压机发热量的经验公式编写进UDF程序后，把UDF导入fluent动态模拟。通过动态模拟的结果得知，从电机开始发热到最大发热量时，螺杆空压机内部的热空气开始往空压机从左侧到右侧扩散，并通过右侧的排风口排出。因此通过螺杆空压机的动态模拟，进一步优化设计散热方案，在螺杆空压机的右侧增加排风口的数量。 (责任编辑：qin) |