CN114417647A - 一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法 - Google Patents
一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114417647A CN114417647A CN202111392240.7A CN202111392240A CN114417647A CN 114417647 A CN114417647 A CN 114417647A CN 202111392240 A CN202111392240 A CN 202111392240A CN 114417647 A CN114417647 A CN 114417647A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reciprocating compressor
- valve
- pressure
- dynamic compression
- piston
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000007906 compression Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000006835 compression Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 14
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 claims description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 3
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/08—Fluids
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Graphics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Compressor (AREA)
Abstract
本发明提供一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法,采用SolidWorks建立往复式压缩机动态压缩管路系统模型,ANSYS SpaceClaim抽取流体域,Mesh划分流体域和固体域网格,最终借助CFX软件进行仿真计算。本发明方法通过CFX软件实现对往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动的计算,得到往复式压缩机内流体在各个节点处的压力脉动曲线,一定程度上解决往复式压缩机仿真模型的不全面性与计算结果不精确性的问题。
Description
技术领域
本发明提供一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法,属于往复式压缩机气流脉动研究领域。
背景技术
往复式压缩机是石化行业重要的设备之一,由于其压缩比大、压力适应范围广、效率高、环境适应性强等特点,广泛用于天然气的开采和输送领域。
往复式压缩机气缸周期性吸排气的工作特性,导致排出气体的压力和流速呈现周期性变化。当管路系统中的脉动气体流经异径管、弯管和三通管时,会对管道产生激振力,引发管路系统的振动。当激振力频率和管路系统的固有频率相近时,产生共振,引发管系的剧烈振动,易导致管道和缓冲罐焊接部位、法兰连接等部位发生开裂,引发安全事故。因此,开展往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动的研究必不可少。
目前,气流脉动计算方法主要为数值仿真分析和实验分析,但实验分析要求苛刻,难度较大。因此,计算流体软件成为计算气流脉动的重要手段。目前,大部分往复式压缩机气流脉动计算模型仅考虑管路部分或气缸部分,忽略了压缩机动态压缩过程,使得分析不够全面,计算结果精度不高。因此,提出一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法,提高数值仿真分析结果精度。
发明内容
为了解决目前计算方法中存在的问题,本发明采用以下技术方案:一种往复式压缩机动态压缩流域系统的气流脉动计算方法,包括以下步骤:
1)建立几何模型:根据往复式压缩机结构参数,利用SolidWorks建立往复式压缩机动态压缩管路系统的三维几何模型;
2)流体域抽取和网格划分:采用ANSYS Workbench建立CFX分析步,将1)中的三维模型导入ANSYS SpaceClaim,抽取往复式压缩机动态压缩管路系统的流体域,简化活塞、气阀固体域结构;在Mesh中对各个边界命名,采用Tetrahedrons网格划分方法划分流体域和固体域,检查网格质量,得到满足要求的网格文件;
3)流体域系统物理定义:在CFX-Pre中打开2)的网格文件,打开Analysis Type模块定义分析方法为Transient,定义求解时间和求解时间步;定义流体域介质为CH4 IdealGas,设置湍流模型为k-Epsilon;定义流体域边界条件,活塞、气阀固体域的边界与运动函数,设定模型初始化条件;
4)求解控制和输出结果控制:在Solver Control模块中,设置求解格式为高阶求解模式,最大迭代步数为10,最大收敛残差值为0.0001;在Output Control模块中,选择压力、温度和流速为瞬态输出变量;在CFX-Solver中,设置Direct Start和并行运算,开始计算,在工作界面观察变量残差和求解信息,查看收敛情况和能量守恒情况;
5)CFX-Post结果后处理:在CFX-Post中生成压力云图,并提取监测点处压力值,生成压力脉动曲线。
进一步的,1)中,往复式压缩机动态压缩管路系统的几何模型包括:进排气管道、进排气缓冲罐、分离器、孔板、气缸、活塞和气阀。
进一步的,2)中,采用Body Of Influence对气缸动态压缩流域进行网格加密,活塞、气阀等固体域采用不同尺寸的网格进行划分:活塞网格尺寸为0.003mm、气阀网格尺寸为0.0013mm;
进一步的,3)中,定义流体域边界条件包括:定义流体出口为质量流量出口,流体进口温度为Total Temperature,温度大小为305K;流体进口压力为Total Pressure,压力大小为:1848000[Pa]+abs(sin(157*t/1[s])*30000[Pa])。
进一步的,3)中,活塞、气阀固体域的边界与运动函数包括:设置活塞、气阀固体域为Immersed Solid,活塞最大行程位移为S1,压缩机工作周期为T,建立活塞运动函数为:(1-cos(2π*t/1*T[s])*S1*1[m]);采用areaAve函数求解得到气阀内壁面的平均压力,当气阀内壁面的平均压力小于进气压力,进气阀打开,否则关闭;当气阀内壁面的平均压力大于排气压力,排气阀打开,否则关闭;进排气阀门的最大位移S2,建立进气阀运动函数为:FJ=if(F1<=1.848e6[Pa],-S2[m],0[m]);建立排气阀运动函数为:FP=if(F1>=2.77e6[Pa],S2[m],0[m])。
进一步的,3)中,设定模型初始化条件包括:以靠近进气管道侧的气缸为参考,建立进排气段初始化压力为:Press=if(x<=0.3[m],if(y<=-0.113[m],2.87[MPa],1.848[MPa]),1.848[MPa]),初始化温度为:Temp=if(x<=0.3[m],if(y<=-0.113[m],350[K],305[K]),305[K])。
本方法所建立的往复式压缩机动态压缩管路系统模型,考虑了气阀、阀腔以及活塞的动态压缩过程;利用上述方法实现了往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动的计算,一定程度上解决了往复式压缩机仿真模型的不全面性与计算结果不精确性的问题。
附图说明
图1为本发明一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法的流程图。
图2为实施案例中往复式压缩机动态压缩全管路系统三维几何模型。
图3为实施案例中往复式压缩机动态压缩流域系统网格划分图。
图4为实施案例中往复式压缩机气缸内活塞、气阀网格图
图5为实施案例中往复式压缩机动态压缩流域系统压力云图。
图6为实施案例中往复式压缩机动态压缩流域系统压力脉动曲线图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合附图对本发明作进一步的解释。如图1所示,一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法流程图,具体步骤包括:
1)几何模型:根据往复式压缩机结构参数,利用SolidWorks建立考虑气阀、阀腔和活塞的往复式压缩机动态压缩管路系统的三维几何模型,如图2所示,包括:进排气管道、进排气缓冲罐、分离器、孔板、气缸、活塞和气阀;
2)流体域抽取和网格划分:采用ANSYS Workbench建立CFX分析步,将1)中的几何模型导入到ANSYS SpaceClaim,抽取往复式压缩机动态压缩管路系统的流体域,简化活塞、进排气阀等固体域结构;在Mesh中对各个边界命名,采用Tetrahedrons网格划分方法划分流体域和固体域;采用Body Of Influence对气缸动态压缩流域进行网格加密,活塞、气阀固体域采用不同尺寸的网格进行划分,如图3所示,全域采用自动网格生成,尺寸系统默认;如图4所示,活塞网格尺寸为0.003mm,气阀网格尺寸为0.0013mm;
3)流体域系统物理定义:在CFX-Pre中打开2)的网格文件,在Analysis Type模块中,定义分析方法为Transient,求解时间为0.16s,时间步长为3.2e-5s;定义流体域介质为CH4 Ideal Gas,设置湍流模型为k-Epsilon,设置整个流体域初始压力为1848000Pa;
定义流体出口为质量流量出口,定义流体进口温度为Total Temperature,大小为305K;定义流体进口压力为Total Pressure,压力大小为:1848000[Pa]+abs(sin(157*t/1[s])*30000[Pa]);定义活塞、气阀固体域为Immersed Solid,选进气管道侧的活塞杆端面中心,建立相对坐标系;活塞行程位移为S1=0.0445m,压缩机工作周期T=0.04s,建立活塞运动函数为:(1-cos(157*t/1[s])*0.0445*1[m]);
采用areaAve函数求解得到气阀内壁面的平均压力,进排气阀最大位移S2=0.0033m,建立进气阀运动函数为:FJ=if(F1<=1.848e6[Pa],-0.0033[m],0[m]);排气阀运动函数:FP=if(F1>=2.77e6[Pa],0.0033[m],0[m]);
选靠近进气管道侧气缸上一点(0.3m,-0.113m)为参考,建立进排气段初始化压力为:Press=if(x<=0.3[m],if(y<=-0.113[m],2.87[MPa],1.848[MPa]),1.848[MPa]);初始化温度为:Temp=if(x<=0.3[m],if(y<=-0.113[m],350[K],305[K]),305[K]);
4)求解控制和输出结果控制:在Solver Control模块中,设置求解格式为高阶求解模式,最大迭代步数为10,最大收敛残差值为0.0001;在Output Control模块中,选择压力、温度和流速为瞬态输出变量;在CFX-Solver中,设置Direct Start和并行运算,开始计算,在工作界面观察变量残差和求解信息,查看收敛和能量守恒情况;
5)CFX-Post结果后处理:在CFX-Post中生成压力云图,如图5所示;并提取监测点处压力值,生成压力脉动曲线,如图6所示。
最后需要说明的是,以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制,本领域技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的保护范围当中。
Claims (6)
1.一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)建立几何模型:根据往复式压缩机结构参数,利用SolidWorks建立往复式压缩机动态压缩管路系统的三维几何模型;
2)流体域抽取和网格划分:采用ANSYS Workbench建立CFX分析步,将1)中的三维模型导入ANSYS SpaceClaim,抽取往复式压缩机动态压缩管路系统的流体域,简化活塞、气阀固体域结构;在Mesh中对各个边界命名,采用Tetrahedrons网格划分方法划分流体域和固体域,检查网格质量,得到满足要求的网格文件;
3)流体域系统物理定义:在CFX-Pre中打开2)的网格文件,打开Analysis Type模块定义分析方法为Transient,定义求解时间和求解时间步;定义流体域介质为CH4 Ideal Gas,设置湍流模型为k-Epsilon;定义流体域边界条件,活塞、气阀固体域的边界与运动函数,设定模型初始化条件;
4)求解控制和输出结果控制:在Solver Control模块中,设置求解格式为高阶求解模式,最大迭代步数为10,最大收敛残差值为0.0001;在Output Control模块中,选择压力、温度和流速为瞬态输出变量;在CFX-Solver中,设置Direct Start和并行运算,开始计算,在工作界面观察变量残差和求解信息,查看收敛和能量守恒情况;
5)CFX-Post结果后处理:在CFX-Post中生成压力云图,并提取监测点处压力值,生成压力脉动曲线。
2.根据权利要求1所述的一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法,其特征在于,所述步骤1)中,往复式压缩机动态压缩管路系统的几何模型包括:进排气管道、进排气缓冲罐、分离器、孔板、气缸、活塞和气阀。
3.根据权利要求1所述的一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法,其特征在于,所述步骤2)中,采用Body Of Influence对气缸动态压缩流域进行网格加密,活塞、气阀等固体域采用不同尺寸的网格进行划分:活塞网格尺寸为0.003mm,气阀网格尺寸为0.0013mm。
4.根据权利要求1所述的一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法,其特征在于,所述步骤3)中,定义流体域边界条件包括:定义流体出口为质量流量出口,流体进口温度为Total Temperature,温度大小为305K;流体进口压力为Total Pressure,压力大小为:1848000[Pa]+abs(sin(157*t/1[s])*30000[Pa])。
5.根据权利要求1所述的一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法,其特征在于,所述步骤3)中,设定活塞、气阀固体域的边界与运动函数包括:设置活塞、气阀固体域为Immersed Solid,活塞最大行程位移为S1,压缩机工作周期为T,建立活塞运动函数为:(1-cos(2π*t/1*T[s])*S1*1[m]);采用areaAve函数求解得到气阀内壁面的平均压力,当气阀内壁面的平均压力小于进气压力,进气阀打开,否则关闭;当气阀内壁面的平均压力大于排气压力,排气阀打开,否则关闭;进排气阀门的最大位移S2,建立进气阀运动函数为:FJ=if(F1<=1.848e6[Pa],-S2[m],0[m]);建立排气阀运动函数为:FP=if(F1>=2.77e6[Pa],S2[m],0[m])。
6.根据权利要求1所述的一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法,其特征在于,所述步骤3)中,设定模型初始化条件包括:以靠近进气管道侧的气缸为参考,建立进排气段初始化压力为:Press=if(x<=0.3[m],if(y<=-0.113[m],2.87[MPa],1.848[MPa]),1.848[MPa]),初始化温度为:Temp=if(x<=0.3[m],if(y<=-0.113[m],350[K],305[K]),305[K])。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111392240.7A CN114417647B (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111392240.7A CN114417647B (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114417647A true CN114417647A (zh) | 2022-04-29 |
CN114417647B CN114417647B (zh) | 2024-05-14 |
Family
ID=81265892
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111392240.7A Active CN114417647B (zh) | 2021-11-19 | 2021-11-19 | 一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN114417647B (zh) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8908867D0 (en) * | 1988-04-20 | 1989-06-07 | Toshiba Machine Co Ltd | Method and apparatus for controlling injection compression molding |
CA2141592A1 (en) * | 1992-08-10 | 1994-02-17 | Hilger A. Walter | Process and device for monitoring vibrational excitation of an axial compressor |
CN105134574A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-12-09 | 合肥通用机械研究院 | 一种压缩机管道脉动测试方法 |
CN105139025A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-12-09 | 东南大学 | 基于非线性分析方法的气固流化床流型在线智能识别方法 |
CN108518334A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-11 | 西安交通大学 | 一种变转速压缩机自调节宽频气流脉动衰减器及其控制方法 |
CN109145498A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-04 | 西安交通大学 | 一种压缩机系统的管路气流脉动计算方法 |
CN112668221A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-16 | 固耐重工(苏州)有限公司 | 一种可延长活塞使用寿命的筛选方法 |
US20210209264A1 (en) * | 2020-01-02 | 2021-07-08 | Viettel Group | Modeling and calculation aerodynamic performances of multi-stage transonic axial compressors |
CN113158592A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-23 | 中船重工(上海)新能源有限公司 | 螺杆压缩机管道气流脉动计算方法 |
-
2021
- 2021-11-19 CN CN202111392240.7A patent/CN114417647B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB8908867D0 (en) * | 1988-04-20 | 1989-06-07 | Toshiba Machine Co Ltd | Method and apparatus for controlling injection compression molding |
CA2141592A1 (en) * | 1992-08-10 | 1994-02-17 | Hilger A. Walter | Process and device for monitoring vibrational excitation of an axial compressor |
CN105134574A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-12-09 | 合肥通用机械研究院 | 一种压缩机管道脉动测试方法 |
CN105139025A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-12-09 | 东南大学 | 基于非线性分析方法的气固流化床流型在线智能识别方法 |
CN108518334A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-09-11 | 西安交通大学 | 一种变转速压缩机自调节宽频气流脉动衰减器及其控制方法 |
CN109145498A (zh) * | 2018-09-12 | 2019-01-04 | 西安交通大学 | 一种压缩机系统的管路气流脉动计算方法 |
US20210209264A1 (en) * | 2020-01-02 | 2021-07-08 | Viettel Group | Modeling and calculation aerodynamic performances of multi-stage transonic axial compressors |
CN112668221A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-16 | 固耐重工(苏州)有限公司 | 一种可延长活塞使用寿命的筛选方法 |
CN113158592A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-23 | 中船重工(上海)新能源有限公司 | 螺杆压缩机管道气流脉动计算方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
SOLIMAN M I: "Modeling and CFD Analysis of Air Flow through Automotive Turbocharger Compressor: Analytical Approach and Validation", INTERNATIONAL CONFERENCE ON AEROSPACE SCIENCES AND AVIATION TECHNOLOGY, 13 April 2017 (2017-04-13) * |
李琴: ".往复压缩机管路气流脉动分析与消减优化", 化工进展, vol. 42, no. 11, 15 November 2023 (2023-11-15) * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN114417647B (zh) | 2024-05-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102855347A (zh) | 一种排气歧管热机械强度的有限元分析方法 | |
CN114417647A (zh) | 一种往复式压缩机动态压缩流域系统气流脉动计算方法 | |
CN115438551A (zh) | 一种计算发动机燃烧室隔热效能的cfd-fem联合仿真方法 | |
Pereira et al. | A simplified CFD model for simulation of the suction process of reciprocating compressors | |
Ma et al. | Pressure calculation in a compressor cylinder by a modified new Helmholtz modelling | |
Almbauer et al. | 3-Dimensional simulation for obtaining the heat transfer correlations of a thermal network calculation for a hermetic reciprocating compressor | |
Yusha et al. | Calculating and parametric analysis of the work of the air single-stage medium pressure reciprocating compressor of on the basis of the oil-free long-stroke slow-speed stage | |
CN207921204U (zh) | 一种双膜片空气压缩减振器 | |
Pan et al. | Investigation on the dynamic characteristics of port valves in a diaphragm pump for exhaust gas treatment system by FSI modeling | |
CN107862169B (zh) | 基于气固热耦合的发动机塑料进气歧管振动计算方法 | |
Xie et al. | Fully coupled fluid-structure interaction model of reed valves in a multi-cylinder reciprocating piston compressor | |
Liang et al. | Investigation of refrigerant flow simulation and experiment of rolling piston | |
An et al. | Performance prediction of reciprocating compressor | |
CN100570617C (zh) | 二冲程低速船用柴油机压缩垫片厚度的确定方法 | |
CN203791587U (zh) | 一种用于铸造生产线上的砂箱抽真空机组 | |
CN203335351U (zh) | 一种空压机进气谐振器总成 | |
CN205481895U (zh) | 一种活塞式制冷系统 | |
Chaudhari et al. | Dynamic Reed Valve in Rolling Piston Compressor: A 3-Dimensional Transient CFD Simulation | |
Grishin et al. | Numerical Simulation of a Piston Engine Supercharging | |
CN208310994U (zh) | 一种氢气压缩机充氮密封填料装置 | |
CN219242157U (zh) | 一种低能耗往复式压缩机 | |
Studener | Combustion Engine Air Intake Theoretical Modelling, Model-Verfication & Application to Optimal Valve Actuation | |
Silva et al. | Correlation Between the Fluid Structure Interaction Method and Experimental Analysis of Bending Stress of a Variable Capacity Compressor Suction Valve | |
CN117744496A (zh) | 一种增压压缩机密封液测量方法 | |
Zhang et al. | Numerical and Experimental Research on Mechanism of Pressure Pulsation in Rotary Compressor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |