为了研究曲轴在不同旋转角度时各零件的应力分布和变形情况,利用三维建模软件分别建立不同转角位置时动涡旋盘、十字滑环、曲柄销、支架的三维模型并进行组装,基于有限元法分别对不同转角位置下不同零件的变形和应力分布情况进行分析。结果表明：在不同旋转角度时各零件的最大变形和最大应力的大小和位置不同;由于间隙的存在,使得动涡旋盘的最大变形位置为端板的边缘;十字滑环上键的应力和变形与十字滑环中心和曲柄销中心的位置相关;支架的应力和变形与十字滑环上键的受力情况相关。

针对涡旋压缩机传动系统动平衡优化设计,以轴承支撑合力、箱体底板的支撑力、输入扭矩及相应值的标准偏差的组合函数为优化目标,以轴承额定静载荷的10%及大小平衡块的总质量为约束条件,对大小平衡块的轴向布局及影响其质量和质心位置的尺寸提出优化设计,利用试验研究和遗传算法NSGA-Ⅱ组合进行多学科设计优化研究。仿真分析表明,该方法能够较好地获得综合平衡性能指标的最优值,对提高涡旋压缩机传动系统设计效率具有一定的现实意义。

为了揭示泄漏对涡旋压缩机压缩腔内部流场的影响,应用CFD技术对不同间隙尺寸下的涡旋压缩机内部流场的定常流动进行数值计算,通过改变轴向间隙,追踪一个选定的月牙形压缩腔,在一个循环周期内流场的变化,进而分析泄漏对涡旋压缩机压缩腔内部流场的压力场、温度场、速度场的影响,得到压缩腔的泄漏规律及最佳泄漏间隙,并将模拟结果与理论绝热过程进行比较,验证所采用数值技术方法的正确可行性。

运用Fluent中的2.5D网格技术和非一致网格技术,成功实现了涡旋压缩机的真正三维非稳态数值模拟。捕获到了端面泄漏现象和排气口的压力及温度的脉动现象,发现了涡旋压缩机工作腔内的周向流场分布和不均匀的瞬时温度场分布及由于泄漏所导致的局部涡流现象。模拟方法对于具有轴向映射结构的容积式压缩机的研究具有指导意义。

为了研究涡旋压缩机工作过程中腔内气体非稳态流动过程,建立了涡旋压缩机压缩腔的模型,依据动静涡旋齿啮合间隙调节压缩腔内流体区域的动网格分布,采用RNG k-ε湍流数学模型,实现了压缩腔内气体流动的数值模拟,研究气体速度场、压力场和温度场分布规律,分析了流场分布不均匀性的形成原因,探索了压缩腔间气体泄漏引起的传热、传质过程对非稳态流动的影响。

在气体力模型基础上,结合涡旋压缩机的基本参数和设计参数,分析了气体力的影响因素。得出基圆半径、节距、齿高、压缩比、排气量对气体力的影响情况。分析结果为减小涡旋压缩机的振动和噪声提供依据,为涡旋压缩机的动力平衡提供支撑。

构成涡旋压缩机涡旋齿的型线有很多种，不同型线的类型以及几何参数直接影响着涡旋压缩机的性能和结构尺寸。在现有涡旋型线几何理论的基础上，对圆、线段和正四边形渐开线以及变径基圆渐开线和组合型线的几何特性进行了详细的探讨，采用控制变量的方法，对比分析了不同涡旋型线几何参数和结构参数之间的相互关系；计算分析了圆渐开线和组合型线构成的动涡旋盘所受的气体力，计算结果表明组合型线动涡旋盘上所受的气体力波动较大，研究得到的结果为涡旋压缩机的设计提供了一定的理论基础和应用参考。

阐述了基于流体和固体耦合的涡旋压缩机电机冷却系统的仿真原理及方法,结合有限元仿真软件ANSYS Fluent,构建了涡旋压缩机电机冷却系统的流固耦合仿真模型,获取了电机内部及周围冷媒的温度和流场分布信息,并制作样机进行了试验,试验结果显示模拟结果和试验结果具有很强的一致性,为涡旋压缩机电机结构改进和冷却性能优化提供理论依据。结合电机结构和压缩机低压腔气路分布的特点,为增大冷却电机冷媒流量,对电机转子打孔的方案进行模拟分析,模拟结果显示能有效改善电机散热。

空气源热泵制热技术已广泛应用于华北地区的减煤代煤供暖等清洁供暖工程,随着低温空气源热泵制热技术的发展,把这一清洁替代能源供暖技术推广应用于东北部分地区,已具备技术可行性。本文对喷气增焓涡旋低温空气源热泵的制热性能进行了热力学分析和试验对比检测,结果显示在模拟室外气温为-25℃、相对湿度为86%时,10 hp喷气增焓涡旋空气源热泵的制热性能系数为1.38,可满足东北部分地区的冬季供暖需求。通过对辽宁省绥中县工程实例的运行检测,验证了该热泵供暖技术应用于东北部分地区的技术可行性。但若要使其具备较好的经济可行性,还需搭配其他经济性节能技术参与节省运行费用,以及政府财政补贴等扶持政策,共同收回初投资。

为探究气阀对涡旋压缩机工作过程的影响，本文对2个安装气阀与不安装气阀的涡旋压缩机样机进行了对比试验研究，得到了压缩机的示功图，并和理论模拟值进行了对比。结果表明：不安装气阀的涡旋压缩机会引起排气腔内高压气体向压缩腔倒流，导致各个压缩腔之间内泄漏增加，压缩机耗功增加，制冷量和COP下降。