[发明专利]一种涡旋式流体机械结构化动网格建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及涡旋式流体机械领域，尤其涉及一种涡旋式流体机械结构化动网格建模方法。

背景技术

涡旋式流体机械属于一种容积式流体机械，压缩部件主要由动涡旋盘和静涡旋盘组成。涡旋式流体机械主要的运行部件为动静涡旋盘，因而寿命更长被誉为免维修的压缩机。涡旋式流体机械的独特设计使其具有运行平稳、振动小、重量轻、寿命长优点。

涡旋式流体机械是依靠动静涡旋齿之间的公转平动，形成多个容积周期性变化的工作腔，实现其工作过程；其特点是：①带有移动边界；②包含多个容积周期性变化的工作腔且工作腔位置瞬时变化；③依靠啮合间隙来分隔工作腔，组成啮合间隙的两边界之间有相对剪切运动；④动静涡旋齿之间相对运动是公转平动。因此对于其工作过程中工作腔内气体热力过程的研究难以用实验的方法来直接测量，而采用数值模拟方法能够直观地展现气体流动的流场，对于涡旋式流体机械的工作性能预测和设计具有重要的作用，网格建模是数值模拟的关键技术。

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：

现有的应用于涡旋式流体机械数值模拟方法的模型有非结构化网格模型，普遍使用的为非结构化网格模型，该网格模型在使用的过程中，由于网格的重构再生会引起在啮合间隙处仅有单层网格使得网格数目过少不能满足准确计算的需要，同时易产生负体积等问题；对于结构化网格模型，目前只有用于单个工作腔的结构化网格模型，并且没有解决啮合间隙处的网格问题，不能模拟实际的运转状态[1]。

[1]OoiK T,Zhu J.Convective heat transfer in a scroll compressor chamber:a 2-D simulation[J].International Journal of Thermal Sciences,2004,43(7):677-688.

发明内容

本发明提供了一种涡旋式流体机械结构化动网格建模方法，本发明通过结构化动网格建模提高了涡旋式流体机械模拟结果的准确度，满足了实际应用中的需要，详见下文描述：

一种涡旋式流体机械结构化动网格建模方法，所述结构化动网格建模方法包括以下步骤：

建立涡旋式流体机械初始结构化网格模型；

所述涡旋式流体机械初始结构化网格模型内所有网格节点进行网格节点的平移运动，具体包括：

网格节点的识别、网格节点平移位移的确定、指定网格节点的平移速度、完成啮合并达到啮合间隙结束的时间；

在平移运动的基础上，所述涡旋式流体机械初始结构化网格模型内所有网格节点沿不同半径值的圆周进行公转平动，具体包括：

网格节点的再次识别、网格节点运动规律的确定、网格节点公转平动半径的确定、确定公转平动运动的角度。

最终得到涡旋式流体机械结构化动网格模型。

所述建立涡旋式流体机械初始结构化网格模型的步骤具体为：

将涡旋式流体机械工作区域划分为由圆渐开线所围成的圆渐开线区域、以及齿头处由圆弧所围成的圆弧区域；

获取涡旋型线的基本参数；

对所述圆渐开线区域进行满足第一预设条件的建模和网格划分；

对圆弧区域进行满足第二预设条件的建模和网格划分；

将两部分网格模型通过拼接得到涡旋式流体机械初始结构化网格模型。

所述涡旋型线的基本参数包括：圆渐开线的发生角、展开角、基圆半径及圆弧修正的修正展角。

其中，所述第一预设条件具体为：

划分后的网格层线均满足圆渐开线方程，且相邻的网格层线之间的发生角差值是固定值。

其中，所述第二预设条件具体为：

划分后的每一层网格层线为一段圆弧，并且相邻的网格层线均为同心圆弧，且半径差值为固定值。

每一层网格层线在对于圆渐开线区域在同一条圆渐开线、圆弧区域的同一层网格的网格节点在同半径的圆上；

与网格层线相垂直的网格法线方向上的网格节点共法线，动静涡旋盘在啮合的过程中啮合间隙处网格层线与网格法线垂直；

涡旋式流体机械初始结构化网格模型所具有的网格节点的数量等于网格层数与每一层网格节点的乘积；

网格在啮合过程中能够保证网格层线与网格法线相互垂直。