1、第2 3卷 第1期2023年1月R E F R I G E R A T I ONAN DA I R-C ON D I T I ON I N G9 2-9 8收稿日期:2 0 2 2-0 5-1 0,修回日期:2 0 2 2-0 6-1 8作者简介:吴小凌,主要研究方向为冰箱压缩机的研究、设计及产业化。通信作者:张师帅,副教授,主要研究方向为流体机械及流体工程研究。冰箱压缩机排气缓冲器结构参数优化研究吴小凌1)陈会平1)吴肖斌1)李顺1)吴世杰2)张师帅2)1)(广州万宝集团压缩机有限公司)2)(华中科技大学)摘 要 采用AN S Y S软件,对冰箱压缩机排气缓冲器进行了数值模拟计算,研究了隔板
2、位置、通流孔位置和通流孔孔径等结构参数对排气缓冲器性能的影响规律。结果表明,隔板位置、通流孔位置和通流孔孔径对排气缓冲器内的压力损失、压力脉动和传递损失都有不同程度的影响。相比较而言,通流孔孔径对排气缓冲器性能的影响较大,隔板位置的影响次之,通流孔位置的影响相对较小。研究结果可为冰箱压缩机排气缓冲器的优化设计提供理论依据。关键词 冰箱压缩机;排气缓冲器;结构参数;优化设计O p t i m i z a t i o nr e s e a r c ho ns t r u c t u r a l p a r a m e t e r so f r e f r i g e r a t o rc o m
3、p r e s s o r e x h a u s tb u f f e rWuX i a o l i n g1)C h e nH u i p i n g1)WuX i a o b i n1)L iS h u n1)WuS h i j i e2)Z h a n gS h i s h u a i2)1)(W a n b a oG r o u pC o m p r e s s o rC o.,L t d.)2)(H u a z h o n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y)A B S T R A C T U s
4、 i n gA n s y ss o f t w a r e,t h en u m e r i c a l s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o no f t h ee x h a u s tb u f f e ro f t h er e f r i g e r a t o rc o m p r e s s o rw a sc a r r i e do u t,a n dt h e i n f l u e n c eo fs t r u c t u r a lp a-r a m e t e r ss u c ha s t h ep o s i t i o
5、 no f t h ep a r t i t i o np l a t e,t h ep o s i t i o no f t h et h r o u g hh o l ea n dt h ed i a m e t e r o ft h et h r o u g h h o l e o n t h e p e r f o r m a n c e o ft h e e x h a u s t b u f f e r w a ss t u d i e d.T h er e s u l t ss h o wt h a t t h ep o s i t i o no f t h ed i a p h
6、 r a g m,t h ep o s i t i o no f t h et h r o u g hh o l ea n dt h ed i a m e t e r o f t h e t h r o u g hh o l eh a v ed i f f e r e n t e f f e c t so n t h ep r e s s u r e l o s s,p r e s-s u r ep u l s a t i o na n d t r a n s m i s s i o n l o s s i n t h e e x h a u s tb u f f e r.I nc o m p
7、 a r i s o n,t h e i n f l u e n c eo ft h e t h r o u g hh o l ed i a m e t e ro nt h ep e r f o r m a n c eo f t h ee x h a u s tb u f f e r i sg r e a t e r,t h e i n f l u-e n c eo ft h ed i a p h r a g m p o s i t i o ni st h es e c o n d,a n dt h ei n f l u e n c eo ft h et h r o u g hh o l ep
8、 o s i t i o n i s r e l a t i v e l ys m a l l.T h e r e s e a r c hr e s u l t s c a np r o v i d ea t h e o r e t i c a l b a s i s f o r t h eo p-t i m a l d e s i g no f t h ee x h a u s tb u f f e ro f t h er e f r i g e r a t o rc o m p r e s s o r.K E Y WO R D S r e f r i g e r a t o rc o m
9、p r e s s o r;e x h a u s tb u f f e r;s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s;o p t i m a l d e-s i g n 压缩机是冰箱噪声的主要来源,随着家电行业对冰箱噪声水平要求的提高,降低冰箱压缩机噪声水平也日益紧迫1-3。排气缓冲器是冰箱压缩机的一个重要部件,一方面可以降低排气压力脉动,降低排气噪声;另一方面也将使得排气阻力增加,压力损失增加,最终导致压缩机性能下降4-7。由此可见,对冰箱压缩机排气缓冲器结构参数进行优化,获得消声性能良好和流动损失较小的排气缓冲器,具有十分重要的现实意义8-1 1。第
10、1期吴小凌 等:冰箱压缩机排气缓冲器结构参数优化研究9 3 本文采用AN S Y S软件,对笔者所在单位的某系列冰箱压缩机排气缓冲器结构参数进行优化,通过调整排气缓冲器的隔板位置、通流孔位置以及通流孔孔径大小,研究结构参数对排气缓冲器性能的影响规律,最终为设计性能良好的排气缓冲器提供理论依据。1 几何模型笔者所在单位某系列冰箱压缩机排气管路中包含一个排气缓冲器,该排气缓冲器被隔板分隔成两个扩张腔,这两个扩张腔通过隔板上的一个通流孔相连,其结构模型如图1所示。图1 排气缓冲器结构模型图2 数值模拟2.1 模型网格采用AN S Y S M e s h i n g软件对排气缓冲器进行网格划分,网格单
11、元采用四面体,网格尺寸为1.0mm。另外,隔板通流孔处的网格采用局部加密处理。最终获得的网格总数约为8 0万个,排气缓冲器模型网格如图2所示。2.2 数值模拟排气缓冲器内流体介质为制冷剂R 6 0 0 a,采用A N S Y SC F X软件进行流场数值计算。进口边界条件为质量流量进口,出口边界条件为压力出口1 2-1 3。湍流模型采用D E S模型,时间步长为3 1 0-5s。排气缓冲器传递损失采用AN S Y SW o r k b e n c h图2 排气缓冲器模型网格图软件计算,考虑到传递损失属于缓冲器固有属性,故在进口端设置功率为1W的声源,出口端设置为全吸声属性,用来模拟无反射边界条
12、件1 4-1 5。3 结果分析3.1 隔板位置对排气缓冲器性能的影响在缓冲器总容积不变的情况下,通过隔板位置来调整第一级缓冲器和第二级缓冲器体积大小,研究隔板位置对排气缓冲器性能的影响。具体为:对隔板位置(隔板与排气缓冲器进口之间的距离)分 别 为1 8.5 mm、2 2.5 mm、2 6.5 mm、3 0.5mm、3 4.5mm、3 8.5mm等6种情况下的排气缓冲器内部流场进行数值模拟计算,研究隔板位置对排气缓冲器综合性能的影响规律。图3和图4分别为6种不同隔板位置下,排气缓冲器速度云图和压力云图。从图中可以看出,随着隔板位置的增大,排气缓冲器内的速度和压力水平逐渐降低。这主要是由于随着隔
13、板位置的增大,隔板对气流的阻挡作用减弱,使得缓冲器内产生的涡流的强度也变弱。图5为6种不同隔板位置下,排气缓冲器内压力损失情况。从图中可以看出,随着隔板位置的增大,排气缓冲器内压力损失总体呈下降趋势。由此可见,增大第一级缓冲器容积可以在一定程度上减小排气缓冲器内压力损失。图3 6种不同隔板位置下排气缓冲器内速度(m/s)云图 9 4 第2 3卷 图4 6种不同隔板位置下排气缓冲器内压力(P a)云图图5 6种不同隔板位置下排气缓冲器内压力损失 图6为6种不同隔板位置下,排气缓冲器内压力脉动情况。从图中可以看出,随着隔板位置的增大,缓冲器内压力脉动不均匀度逐渐减小;当隔板位置为1 8.5mm和2
14、 2.5mm时,缓冲器内压力脉动非常剧烈;当隔板位置为其他时,缓冲器内压力脉动差别很小。从降低压力脉动的角度来看,隔板位置只需避开1 8.5mm和2 2.5mm。图6 6种不同隔板位置下排气缓冲器内压力脉动图7为6种不同隔板位置下,排气缓冲器内传递损失情况。从图中可以看出,在0H z 8 0 0H z低频段内,隔板位置越大,传递损失越大,但各种情况之间的差距并不大;在8 0 0H z 40 0 0H z中低频段内,随着隔板位置的增大,传递损失先增大后减小;在40 0 0H z 65 0 0H z高频段内,情况恰好相反,随着隔板位置的增大,传递损失先减小后增大;而在65 0 0H z 80 0
15、0H z高频段内,规律性不明显。综合考虑后认为,隔板位置为3 0.5mm时,排气缓冲器综合性能最佳。图7 6种不同隔板位置下排气缓冲器内传递损失3.2 通流孔位置对排气缓冲器性能的影响以排气缓冲器为研究对象,通过调整通流孔位置,来研究通流孔位置对排气缓冲器性能的影响。具体为:对通流孔位置(通流孔与排气缓冲器中轴 线 之 间 的 距 离)分 别 为0 mm、0.5 mm、1.5mm、2.5mm、3.5mm、4.5mm等6种情况下的排气缓冲器内部流场进行数值模拟计算,研究通流孔位置对排气缓冲器综合性能的影响规律。图8和图9分别为6种不同通流孔位置下,排气缓冲器速度云图和压力云图。从图中可以看出,随
16、着通流孔距离隔板中心越远,排气缓冲器内的速度略有降低,压力水平略有升高,但变化都不 第1期吴小凌 等:冰箱压缩机排气缓冲器结构参数优化研究9 5 图8 6种不同通流孔位置下排气缓冲器内速度(m/s)云图图9 6种不同通流孔位置下排气缓冲器内压力(P a)云图大。这主要是由于随着通流孔距离隔板中心越远,气流的通流能力相对变弱。图1 0为6种不同通流孔位置下,排气缓冲器内压力损失情况。从图中可以看出,随着通流孔位置的增大,排气缓冲器内压力损失先减小后增大,接着又减小再增大。当通流孔位置为1.5mm时,排气缓冲器内压力损失最大。这主要是因为第一级缓冲器内的压力波动较大,导致压力损失较大。总的来看,通流孔位置对压力损失的影响规律不明显,数值上的差别都不大。图1 0 6种不同通流孔位置下排气缓冲器内压力损失图1 1为6种不同通流孔位置下,排气缓冲器内压力脉动情况。从图中可以看出,随着通流孔位置的变化,缓冲器内压力脉动不均匀度差别很小;当通流孔位置为1.5mm时,缓冲器内压力脉动非常剧烈。从降低压力脉动的角度来看,通流孔位置只需避开1.5mm。图1 1 6种不同通流孔位置下排气缓冲器内压力脉动图1
