针对双螺杆压缩机内部流体域结构复杂且呈周期性变化的特点,提出一种针对5~6齿双螺杆压缩机流场仿真研究的方法。该方法利用Scorg和Pumplinx软件联合对双螺杆压缩机流场进行仿真分析,避免了出现动网格负体积现象,解决了通过编写复杂的UDF函数定义阴、阳旋转方式的难题。仿真分析结果表明:作用于转子上的流体压力从进气口到出气口沿着轴线方向呈逐渐递增趋势,压力较高的压缩、排气域与压力较低的吸气域以接触线为界限两侧分布,压力呈波动性变化;温度变化呈非稳态特性,越靠近排气口变化越剧烈。通过试验的方式对双螺杆压缩机出口温度、压力的变化进行测试,试验结果表明,仿真数据与试验数据吻合度较好。因此,该仿真方法为螺杆压缩机的设计与深入研究提供了参考。

针对双螺杆压缩机工作过程中转子的结构特性问题,综合考虑压缩机产生的压力场和温度场,对螺杆转子进行流热固耦合研究。通过有限体积法求解压缩机工作过程中产生的压力场和温度场,采用数值插值技术将其加载到转子的结构网格上,建立转子的真实受力模型。进一步求解转子的静平衡方程得到转子的位移场和应力分布,并利用L形大直径掩埋管道对所提出的方法进行验证。研究结果表明:温度场是螺杆转子产生较大变形和应力的主要原因,选择合适的转速可以降低转子的变形和应力。研究结果对压缩机的结构设计和优化有一定的理论意义。

为研究材料性能对双螺杆压缩机转子结构特性的影响,以LGY03型线为啮合型线的转子为研究对象,基于Realizable k-ε湍流模型,采用CFD/CSD(Computational Fluid Dynamics/Computational Structural Dynamics)耦合求解方法,对压缩机流场达到热平衡时的转子结构特性进行了研究。通过数值模拟分析,得到了40Cr、QT900-2、0Cr18Ni9等转子材料在排气压力为0.6 MPa下的热变形和热应力。研究结果表明转子的热应力、热变形主要与材料的热膨胀系数和弹性模量相关,泊松比对转子变形的影响较小,最后数值拟合得到了阴阳转子最大应变与热膨胀系数及弹性模量的公式,可为转子结构设计提供一定的理论依据。

为了研究双螺杆压缩机在不同喷油工况下流场力学特性和优化喷油效果,建立了双螺杆空压机工作过程的数值计算模型。采用计算流体力学(CFD)和多相流(VOF)模型对螺杆压缩室内的油分布和温度场进行研究。通过对喷油口的直径、位置、个数进行比较分析,研究发现,2个喷油口注油比单个喷油口注油存在明显优势,单侧喷油即使增加喷油量,对油液分布影响不大且会增加功率;双侧喷油使得压缩机腔室油液分布和温度分布更加均匀;在相同的喷油量下,双侧喷油比

针对双螺杆压缩机螺距更改时其性能参数的变化,首先,探索双螺杆压缩机性能主要影响因素,并推导主要因素接触线长度、泄漏三角形面积以及面积利用系数的计算公式;然后,使螺杆的螺距按照一定规律的变化,分析螺距变化对双螺杆压缩机性能的影响,通过MATLAB绘制螺杆的螺旋展开线并对螺旋线连续性进行分析;最后,得到一段式、两段式、三段式变螺距螺杆转子对压缩机性能的影响。结果表明,中间段变螺距对双螺杆压缩机性能有明显的提升效果。

采用反向设计方法(啮合线法)对双螺杆压缩机转子型线设计研究。推导出能表征双螺杆压缩机综合性能的表达式,为灵活设计,将NURBS引入螺杆转子啮合线的设计研究中,在已知基本参数条件下,对啮合线的基点进行确定。根据基点啮合线进行分段。基于NURBS控制点具有局部控制的机制,以综合性能指标为寻优函数,对分段的啮合线进行寻优反向设计转子型线。

针对双螺杆压缩机流体域形状复杂并随时间变化的特点,运用STAR CCM＋软件进行计算流体动力学（CFD）分析,并搭建试验平台验证分析结果的准确性。通过对比仿真监测点和与之相对应的试验实测点的压力,两者在压力值和压力波动周期等方面具有较好的一致性,验证了CFD分析结果的可信度。

对双螺杆制冷压缩机的转子啮合间隙、内容积比、注油量以及吸气流速等进行试验研究,得出了性能随间隙、内容积比、注油量、流速等变化的关系。研究结果表明,在一定运行范围内,啮合间隙增加0.01-0.02mm,性能下降1.5%-3%;制冷工况下内容积比选在2.6、吸气流速在9m/s时,压缩机能够获得较好的综合性能;回油量达到吸气质量流量的3%时性能最佳。