一種渦旋式流體機械結構化動網格建模方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及渦旋式流體機械領域，尤其涉及一種渦旋式流體機械結構化動網格建 模方法。
【背景技術】
[0002] 渦旋式流體機械屬于一種容積式流體機械，壓縮部件主要由動渦旋盤和靜渦旋盤 組成。渦旋式流體機械主要的運行部件為動靜渦旋盤，因而壽命更長被譽為免維修的壓縮 機。渦旋式流體機械的獨特設計使其具有運行平穩、振動小、重量輕、壽命長優點。
[0003] 渦旋式流體機械是依靠動靜渦旋齒之間的公轉平動，形成多個容積周期性變化的 工作腔，實現其工作過程；其特點是：①帶有移動邊界；②包含多個容積周期性變化的工作 腔且工作腔位置瞬時變化；③依靠嚙合間隙來分隔工作腔，組成嚙合間隙的兩邊界之間有 相對剪切運動；④動靜渦旋齒之間相對運動是公轉平動。因此對于其工作過程中工作腔內 氣體熱力過程的研宄難以用實驗的方法來直接測量，而采用數值模擬方法能夠直觀地展現 氣體流動的流場，對于渦旋式流體機械的工作性能預測和設計具有重要的作用，網格建模 是數值模擬的關鍵技術。
[0004] 發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足：
[0005] 現有的應用于渦旋式流體機械數值模擬方法的模型有非結構化網格模型，普遍使 用的為非結構化網格模型，該網格模型在使用的過程中，由于網格的重構再生會引起在嚙 合間隙處僅有單層網格使得網格數目過少不能滿足準確計算的需要，同時易產生負體積等 問題；對于結構化網格模型，目前只有用于單個工作腔的結構化網格模型，并且沒有解決嚙 合間隙處的網格問題，不能模擬實際的運轉狀態[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.

【發明內容】

[0007] 本發明提供了一種渦旋式流體機械結構化動網格建模方法，本發明通過結構化動 網格建模提高了渦旋式流體機械模擬結果的準確度，滿足了實際應用中的需要，詳見下文 描述：
[0008] -種渦旋式流體機械結構化動網格建模方法，所述結構化動網格建模方法包括以 下步驟：
[0009] 建立渦旋式流體機械初始結構化網格模型；
[0010] 所述渦旋式流體機械初始結構化網格模型內所有網格節點進行網格節點的平移 運動，具體包括：
[0011] 網格節點的識別、網格節點平移位移的確定、指定網格節點的平移速度、完成嚙合 并達到嚙合間隙結束的時間；
[0012] 在平移運動的基礎上，所述渦旋式流體機械初始結構化網格模型內所有網格節點 沿不同半徑值的圓周進行公轉平動，具體包括：
[0013] 網格節點的再次識別、網格節點運動規律的確定、網格節點公轉平動半徑的確定、 確定公轉平動運動的角度。
[0014] 最終得到渦旋式流體機械結構化動網格模型。
[0015] 所述建立渦旋式流體機械初始結構化網格模型的步驟具體為：
[0016] 將渦旋式流體機械工作區域劃分為由圓漸開線所圍成的圓漸開線區域、以及齒頭 處由圓弧所圍成的圓弧區域；
[0017] 獲取渦旋型線的基本參數；
[0018] 對所述圓漸開線區域進行滿足第一預設條件的建模和網格劃分；
[0019] 對圓弧區域進行滿足第二預設條件的建模和網格劃分；
[0020] 將兩部分網格模型通過拼接得到渦旋式流體機械初始結構化網格模型。
[0021] 所述渦旋型線的基本參數包括：圓漸開線的發生角、展開角、基圓半徑及圓弧修正 的修正展角。
[0022] 其中，所述第一預設條件具體為：
[0023] 劃分后的網格層線均滿足圓漸開線方程，且相鄰的網格層線之間的發生角差值是 固定值。
[0024] 其中，所述第二預設條件具體為：
[0025] 劃分后的每一層網格層線為一段圓弧，并且相鄰的網格層線均為同心圓弧，且半 徑差值為固定值。
[0026] 每一層網格層線在對于圓漸開線區域在同一條圓漸開線、圓弧區域的同一層網格 的網格節點在同半徑的圓上；
[0027] 與網格層線相垂直的網格法線方向上的網格節點共法線，動靜渦旋盤在嚙合的過 程中嚙合間隙處網格層線與網格法線垂直；
[0028] 渦旋式流體機械初始結構化網格模型所具有的網格節點的數量等于網格層數與 每一層網格節點的乘積；
[0029] 網格在嚙合過程中能夠保證網格層線與網格法線相互垂直。
[0030] 本發明提供的技術方案的有益效果是：本發明實現了渦旋式流體機械基于結構化 動網格的工作過程數值模擬，解決了現有的非結構化動網格應用于渦旋式流體機械數值模 擬所存在的問題，例如：嚙合間隙處網格數目過少、易產生負體積問題。應用本發明可以得 到渦旋式流體機械內部流場的分布規律，能夠更為準確地揭示其內部流場，對于渦旋式流 體機械內部流動特性的研宄具有重要的理論意義。
【附圖說明】
[0031] 圖1為網格區域劃分示意圖；
[0032] 圖la)為圓漸開線區域不意圖；圖Ib)為圓弧區域不意圖；
[0033] 圖2為圓漸開線區域示意圖；
[0034] 圖2a)為圓漸開線區域網格層線示意圖；圖2b)為圓漸開線區域網格層線定義示 意圖；
[0035] 圖3為圓弧區域示意圖；
[0036] 圖3a)為圓弧區域網格層線示意圖；圖3b)為圓弧區域網格層線定義示意圖；
[0037] 圖4為初始網格示意圖；
[0038] 圖5為網格平移示意圖；
[0039] 圖5a)為初始結構化網格模型示意圖；圖5b)為結構化網格模型平移結束后模型 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)為網格層線半徑確定不意圖；圖7b)為網格層線公轉運動特征圓不意圖； 圖7c)為嚙合間隙處網格層線分布示意圖；
[0043] 圖8為網格公轉平動示意圖；
[0044] 圖8a)為網格公轉平動初始位置示意圖；圖8b)為網格公轉平動90度時位置示意 圖；圖8c)為網格公轉平動180度時位置示意圖；圖8d)為網格公轉平動270度時位置示意 圖；
[0045] 圖9為嚙合間隙處網格示意圖；
[0046] 圖9a)為非結構化嚙合間隙處網格示意圖；圖9b)為結構化網格嚙合間隙網格示 意圖。
[0047] 附圖中，各標號所代表的部件列表如下：
[0048] 101-圓漸開線區域；102-圓弧區域；
[0049] 201一動禍旋齒； 202-靜禍旋齒；
[0050] 203-網格層線； 301-網格法線。
【具體實施方式】
[0051] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步