双螺杆压缩机注油过程3D动态仿真
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双螺杆压缩机基本原理
结构复杂，泄露间隙小：双螺杆压缩机具有２个结构特殊的转子，转子与机壳构成了一个复杂的空间，且阴阳转子间的间隙非常小，有时仅有几十微米。
双螺杆压缩机的结构，决定了采用常规CFD软件时，必然会存在网格划分困难、耗时长、计算量大的问题。
存在两相流动：由于液气比高、相间相互作用复杂、界面跟踪形状复杂，即使是相对简单的两相流问题也难以解决。在PD压缩机中求解多相流问题更为困难。在这种情况下，必须将气相视为可压缩的，考虑传热效应，在移动、变形的体积内进行界面跟踪。CFD求解器在多相模拟中遇到的主要问题是收敛性差、模拟时间长、质量/能量守恒不理想。
SimericsMP+ 在螺杆压缩机仿真中的优势：
1 | 仿真模拟中可以包含轴向微小间隙（可以小到几微米），并且不影响计算速度； |
2 | 在同等网格和计算资源下，SimericsMP+ 计算速度是目前市场上其他CFD软件计算速度的8-10倍； |
3 | 流场和压缩机转子的共轭传热可以联合在一起求解。 |
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应用实例
压缩机模型最初设计为无油双螺杆压缩机，具有3/5叶栅布置和“N”转子廓形转子。外转子的工作速度从6000到14000rpm不等，外转子直径127.45 mm，母转子直径为120.02 mm，两个转子之间的中心距为93.00 mm。转子的长径比为1.6，外转子的包角为285.0°。本研究在外转子和内转子上均加了两根注油管。为了获得更高的压缩比，对出油口进行了改造，同时也使机油冷却变得尤为重要。
将进气口设置为固定总压，固定总温边界条件，出口设置为固定静压边界条件。流体的气相是空气，用理想气体状态方程建模。外转子转速为8000 RPM。假设该油不可压缩，密度950 Kg/m3，热容1670 J/kgK。
在模拟过程中，经过6圈左右，结果呈现周期性。
上图显示了一个完整的齿旋转时，在5个不同的外转子曲轴角处的典型压力曲线。压力范围从1bar到6.5bar，洋红色代表高压，蓝色代表低压。在操作过程中，流体从进气口向上移动到出气口。由于各缸套的体积不断减小，各缸套的压力随曲轴转角的增大而增大，直至达到出口。
上图显示了5个曲轴角处的温度曲线。温度的范围从300k到55k，洋红色代表高温，蓝色代表低温。pocket里的温度也有类似的趋势。然而，与压力不同的是，由于注入油的冷却作用，每个pocket内的温度高度不均匀。靠近注油区的温度明显较低。
上图为曲轴5个角处的油浓度曲线。浓度范围从0到10%的体积分数，洋红色代表高浓度和蓝色代表低浓度。油在靠近喷油器的地方有较高的浓度，然后被pocket带走。
为了评价注油对压缩机性能的影响，还模拟了相同工况下不注油的类似情况。在仅气体情况下，模拟的气体质量流量不平衡约为0.4%，能量不平衡约为0.2%。
下表总结了有无注油时压缩机性能的差异：
注油后，在相同工况下运行的压缩机，与“干式”(不注油)运行相比，气量流量增加23%，出口气温升降低74%，转子功率降低12%。注油压缩机性能的提高是油冷却和油密封共同作用的结果。
