干货 |GT-SUITE在空调压缩机上的应用

     

1．项目背景及意义

本文介绍采用GT-SUITE软件进行压缩机的仿真分析。可以达到优化压缩机的热力学性能、声学品质、振动特性、减少摩擦等目的，并对压缩机的最终设计给出优化方案。

     

2．分析内容

对于压缩机的模拟根据需求可采用三种不同的方式进行模拟：

GT-SUITE软件可以采用前两种方式：第一种方式主要进行系统级设计，不关心压缩机详细结构，在此不详细讨论。本文主要利用GT-SUITE进行详细压缩机的仿真，主要可以用于以几个方面应用：

• 几何参数的优化

• 不同边界条件下性能评估

• 当没有实验数据时生成性能MAP图

• 预测NVH和振动问题

• 研究润滑、摩擦和轴承载荷

• 流体介质分析-任何类型的制冷剂或工作液

• 流体、力学元件之间的相互作用用一个模型模拟

     

3．建模过程

对于压缩机的仿真过程中，GT-SUITE提供了有十分高效、准确的建模方式。GT-SUITE软件提供了以下三种方式：

方式一：利用强大的前处理工具，直接导入三维CAD数据生成压缩机模型；

方式二：利用相应的参数，利用软件自带模板直接建立模型。

方式三：利用外部工具（其它软件）直接生成模型

直接导入三维数模能自动生成GT-SUITE模型的压缩机类型有：

• 内齿轮式
  

• 叶片式

• 涡旋式

 可以通过外部工具直接导入的模型有：

• 杆式压缩杆

     

3．1  强有力的前处理工具

GT-SUITE软件自带强大的GT-SPACECLAIM和GEM3D前处理工具如下图所示。通过此前处理工具能非常方便的建立或导入三维数模，并高效、准确的转化为GT-SUITE的模型。

GT-SPACECLAIM能导入的三维数据类型。

     

3．2 不同类型压缩机模型建立过程

GT-SUITE软件能建立各种形式的压缩机类型。以下说明几种特定压缩机的模型建立过程。

     

3．2 .1 内齿式压缩机

直接转化CAD模型的流程与计算结果对比。

     

3．2 .2 涡旋式压缩机

涡旋式压缩机也可直接导入三维数模，利用GEM3D自动转化为压缩机模型，软件会自动计算容积、入口面积、出口面积等参数的变化。

       

3．2 .3螺杆式压缩机

可以直接利用外部工具，直接导入外部工具的模型自动转化为GT-SUITE的模型。如直接利用SCORG 软件生成的螺杆直接导入到GT-SUITE中生成相关的模型。

GT-SUITE软件能自动计算出容积、换热面积等的变化。

     

3．2 .4 往复式压缩机

GT-SUITE根据压缩机的基本参数，利用GT-SUITE自带的模板，很方便建立往复式压缩机的模型。

     

3．2 .5 转子式压缩机

根据转子式压缩机的相关几何参数，利用GT-SUITE软件自带的模板，可以方便的建立转子式压缩机的模型，并可以考虑腔体之间泄漏、传热等影响。

     

3．2 .6 其它类型的压缩机

可以利用专用的模板去模拟各种压缩机。如利用专用的模板“FluidMachineChamber”去模拟各种复杂的带有多个腔的旋转式的压缩机。如下图所示：

也可利用模板“FlowSplite”去模拟任意各种体积变化特性的腔体。并考虑与其它部件的影响。

     

3．3 压缩机声学模拟

GT-SUITE根据N-S方程进行流体求解，对于管路的系统的流动能进行准确模。可以用于压缩机由于压力脉动产生的声学进行模拟与优化。

导入几何模型，并离散生成计算模型。

并可以获得相应的声学特性。并根据声学特性对几何进行优化计算，达到降低压缩机的噪音的目的。

     

3．4 压缩机中簧片阀建模

在压缩机中，簧片阀对性能的影响很大，如何准确、高效的模拟阀片对于1D压缩机的而必不可少。GT-SUITE软件中根据自带的模板，提供了5种不同的方法对簧片阀进行模拟。

Method 1:

采用模板：ValveCheckSimpleConn

不考虑阀体的质量，直接输入压力降vs流量系数

Method 2:

采用模板ValveCheckConn

考虑阀体的质量，输入弹簧的刚度与阻尼系数；并输入不同升程条件下的流量系数；

Method 3: ValveReedRectangle

输入质量与刚度特性，可以进行几何优化分析。

Method 4: 采用Beam2D或Beam3D模拟

Method 5: Full Mechanical FE

     

3．5 压缩机中机械部件

根据实际的压缩机相关参数可建立压缩机的相关机械部件，可以进行多体动力学的分析；考虑各个部件的摩擦损失；并考虑流体与机械部件之间相互影响。

     

3．6 压缩机中轴承模拟

GT-SUITE软件可以进行各种轴承的模拟用来预测各个轴承的摩擦损失等。

滑动轴承模拟

止推轴承的模拟

滚针轴承模拟

       

4．压缩机多物理场模拟

根据前面建立的压缩机腔体、阀、机械及轴承模拟。可以方便的进行压缩机的模型集成分析。很方便进行压缩机的能量管理分析，以分析不同部件能耗，并最终给出优化方案。

往复压缩机的集成式分析

涡旋式压缩机的集成式分析

压缩机的流体、机械振动集成式分析

压缩机集成式分析结果展示

     

5.总结

本文介绍利用GT-SUITE多物理场的平台特性，可以对不同类型的压缩机进行多物理场模拟。为压缩机的节能减排提供了快速高效的模拟。为压缩机性能的优化提供了很好的工具。