【壓縮機(jī)網(wǎng)】1、氣閥腔結(jié)構(gòu)分析
在往復(fù)壓縮機(jī)中，氣閥腔是受壓縮介質(zhì)在氣缸中氣口與工作腔之間流通的必經(jīng)通道。設(shè)計氣閥腔時要保證氣體流通順暢，流速控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，減小壓力損失。氣閥腔結(jié)構(gòu)，通流面積，以及壓閥罩的安裝狀態(tài)都會影響氣缸內(nèi)介質(zhì)的流通。
對于鑄件氣缸和鍛件氣缸，氣閥腔結(jié)構(gòu)有較大的差別。鑄件氣缸按進(jìn)排氣閥數(shù)量可分為一進(jìn)一出、兩進(jìn)兩出、三進(jìn)三出等，進(jìn)排氣數(shù)量相同的氣缸又可分為羊角缸、圓缸等多種形式，因此，形成了結(jié)構(gòu)多樣的氣道和氣閥腔。鑄造氣缸可以設(shè)計并易于制成復(fù)雜形狀，氣閥腔和氣道通流面積較大，過度圓滑，有較好的氣流流通效果。鑄件氣缸的氣閥腔不作為本文研究的重點。
鍛件氣缸的氣閥腔和氣道是通過在鍛件毛坯上鉆、鏜等切削加工方法成形的，結(jié)構(gòu)形式固定，且相對簡單。在氣缸設(shè)計過程中，為減小氣缸外形尺寸，節(jié)省材料，通常會控制氣閥腔尺寸。如果設(shè)計不當(dāng)，就會造成氣體流通不暢，流速升高等問題。
對于壓閥罩結(jié)構(gòu)而言，鑄件壓閥罩采用方窗作為氣流通道，一般通流面積較大，可以形成較好的氣流通道。鍛件壓閥罩采用圓孔作為氣流通道，考慮到本身尺寸和強(qiáng)度問題，圓孔不會設(shè)計很大，總面積與氣道通流面積相當(dāng)即可。
通過上面的分析，對于高壓氣缸，即采用鍛件氣缸和鍛件壓閥罩的形式，氣閥腔內(nèi)的氣流通道相對狹小，需要對其進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，這種情況也是本文研究的重點。
本文采用流體動力學(xué)分析軟件CFX，對氣閥腔內(nèi)的流場情況進(jìn)行分析計算。通過改變壓閥罩安裝狀態(tài)和氣閥腔尺寸分別進(jìn)行計算，總結(jié)出這兩種因素對氣流流動的影響情況，從而指導(dǎo)設(shè)計工作。
2、基于CFX的氣閥腔流場分析
計算流體動力學(xué)分析（CFD）是通過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計算的方法，模擬流體流動時的各種相關(guān)物理現(xiàn)象，包括流動、熱傳導(dǎo)、聲場等。
ANSYS Workbench中的CFD軟件包括Fluent、CFX和POLYFLOW。CFX從精確性、可靠性、并行能力和后處理來講，都要優(yōu)于其它兩種。因此，本文選用CFX進(jìn)行問題的研究。
s*先應(yīng)用SolidWorks建立氣缸氣閥腔局部的裝配模型，裝配體中包括：缸體、閥孔蓋、壓閥罩、氣閥、墊片，具體模型如圖1所示，主要尺寸見表1。本文分析氣閥腔內(nèi)氣體的流動，因此采用布爾運算中刪減功能求解出氣體的流體計算域，如圖2所示。
將流體計算域三維模型導(dǎo)入ANSYS Work原bench，并將計算區(qū)域類型改為流體區(qū)域。劃分網(wǎng)格時，將幾何體透明度設(shè)定為0.7，網(wǎng)格用途為CFD網(wǎng)格，求解器設(shè)置為CFX，網(wǎng)格尺寸中Relevance Center為Fine。設(shè)定計算域為進(jìn)氣閥閥腔，氣道為入口，命名為inlet，氣閥腔出口（即氣閥入口）為outlet，計算域網(wǎng)格模型如圖3所示。
模型材料設(shè)置為氣體介質(zhì)：Air at 25℃，重力加速度為Y軸方向，大小為-9.8 m/s2 。設(shè)置模型的邊界條件，具體設(shè)置方法見表2。求解器保持默認(rèn)設(shè)置，z*大迭代步數(shù)為200，收斂殘差判據(jù)為1×10-4 。
3 壓閥罩安裝狀態(tài)對流場的影響
壓閥罩安裝時，通流圓孔的朝向影響氣流路徑的通暢。本文針對有4個圓孔的鍛件壓閥罩，設(shè)置3種壓閥罩安裝方向進(jìn)行研究。分別為圓孔中心線與氣道中心線重合，中心線之間夾角為22.5度，中心線之間夾角為45度，具體的安裝狀態(tài)如圖4所示。
3.1 中心線重合
計算壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線重合時氣閥腔內(nèi)的流場狀況。氣閥腔內(nèi)氣體流速的三維流線圖如圖5所示，壓閥罩水平剖分平面上的流速云圖如圖6所示。計算結(jié)果可以看出，氣流通過正對氣道的壓閥罩圓孔時流速z*高為21.2 m/s。
繪制氣流速度為15m/s的等速云圖，如圖7所示。圖中可以直觀看出氣流流速較高的位置，以及高速氣流的流向。
氣流出口處的流速云圖如圖8所示。流體計算域出口即為氣閥入口，從計算結(jié)果可以看出，氣流進(jìn)入氣閥時流速并不均勻，圖中下半部局部流速較高，會造成氣閥的偏吹現(xiàn)象，導(dǎo)致阻力損失增加與閥片的提前破壞。
可以用出口流速不均勻度N大致評判氣閥發(fā)生偏吹現(xiàn)象的嚴(yán)重程度。
式中 Vmin——出口流速較高一半的平均流速
Vmin——出口流速較低一半的平均流速
Vo——出口平均流速
經(jīng)過計算可以得出，壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線重合時，出口流速不均勻度N=0.47。
3.2 中心線之間夾角為22.5°
計算壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線之間夾角為22.5°時氣閥腔內(nèi)的流場狀況。氣閥腔氣體流速的三維流線圖如圖9所示，壓閥罩水平剖分平面上的流速云圖如圖10所示。氣流通過偏向氣道的壓閥罩圓孔時的流速z*高為27m/s。
氣流出口處的流速云圖如圖11所示。從計算結(jié)果可以看出，氣流進(jìn)入氣閥時流速并不均勻，圖中左半部分流速較高，會造成氣閥的偏吹現(xiàn)象，出口流速不均勻度N=0.7。
3.3 中心線之間夾角為45°
計算壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線之間夾角為45°時氣閥腔內(nèi)的流場狀況。氣閥腔氣體流速的三維流線圖如圖12所示，壓閥罩水平剖分平面上的流速云圖如圖13所示。氣流通過靠近氣道的2個壓閥罩圓孔時的流速z*高，且它們的流速相當(dāng)為31m/s。
氣流出口處的流速云圖如圖14所示。從計算結(jié)果可以看出，氣流進(jìn)入氣閥時流速并不均勻，圖中下半部分流速較高，會造成氣閥的偏吹現(xiàn)象，出口流速不均勻度N=0.48。
通過對比上面的計算結(jié)果可以看出，當(dāng)壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線重合時，流場內(nèi)的z*大流速z*小，中心線之間夾角為22.5°時；其次，中心線之間夾角為45°時，z*大流速z*大。從氣閥偏吹的程度來說，中心線重合與中心線之間夾角為45°時，出口流速不均勻度相差很小，偏吹情況基本相近，中心線之間夾角為22.5°時，偏吹較為嚴(yán)重。綜合來說，當(dāng)壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線重合時，介質(zhì)流經(jīng)氣閥腔的流通效果z*好。
在氣缸設(shè)計以及裝配時，應(yīng)盡量使壓閥罩圓孔與氣道孔正對，確保較好的流通效果。實際上，如果壓閥罩上沒有定位結(jié)構(gòu)的話很難做到2個中心線重合。因此，應(yīng)考慮研究合理的氣閥腔結(jié)構(gòu)，使得壓閥罩在各種安裝狀態(tài)下都能保證較好的氣體流通效果。
4、氣閥腔尺寸對流場的影響
氣閥腔設(shè)計時，閥腔高度是根據(jù)氣道直徑，缸體壁厚，氣閥厚度等尺寸計算得出的，調(diào)整氣閥腔通流面積時通常不會改變氣閥腔高度，而是改變氣閥腔直徑。氣閥腔通流面積是指壓閥罩外圓與氣閥腔內(nèi)徑之間的截面，如圖15中所示的陰影面積。
氣閥腔通流面積可以通過改變氣閥腔直徑來進(jìn)行調(diào)整，將它與氣道通流面積的比值定義為通流面積比δ。
其中，公式中各尺寸含義如圖15所示，D0為氣道直徑。
按理論來講，氣流通過氣閥腔通流面積進(jìn)入到遠(yuǎn)離氣道孔的壓閥罩圓孔內(nèi)，氣閥腔通流面積通過了約一半的氣體流量。為保證氣閥腔內(nèi)流速均勻，阻力損失小，氣閥腔通流面積應(yīng)該至少為氣道通流面積的一半。這一結(jié)論可以通過有限元分析的方法進(jìn)一步研究。
通過上面分析可知，壓閥罩處于圓孔中心線與氣道中心線夾角為22.5°，這一狀態(tài)時，氣流z*大速度介于其它兩種狀態(tài)之間，氣閥偏吹現(xiàn)象比較嚴(yán)重。為了使壓閥罩無論處于怎樣的安裝狀態(tài)，都能保證氣閥腔內(nèi)有較低的流速和較輕的氣閥偏吹現(xiàn)象。因此，選擇中心線夾角為22.5°這一不理想的流場狀態(tài)，對氣閥腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。氣閥腔結(jié)構(gòu)中其它尺寸不變，閥腔直徑依次取220、230、240、250、260、270、280（mm），分別進(jìn)行流場分析，并記錄流場狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，見表3。
根據(jù)表3中的流場參數(shù)，繪制z*大流速隨通流面積比δ變化的曲線，如圖16所示。繪制出口流速不均勻度隨通流面積比δ變化的曲線，如圖17所示。
通過z*大流速曲線可以看出，隨著氣閥腔直徑的增大，腔內(nèi)的z*大流速見小。當(dāng)通流面積比δ＜60%時，z*大流速隨δ變化比較明顯。當(dāng)δ＜30%時，z*大流速已經(jīng)達(dá)到30m/s以上，局部會產(chǎn)生較大的壓力損失。通流面積比δ＞60%時，z*大流速隨δ變化較緩慢，說明增加氣閥腔尺寸不會明顯減小氣閥腔內(nèi)z*大流速。這時再想通過加大氣閥腔尺寸來減小z*大流速，會增加缸體尺寸，很不經(jīng)濟(jì)。
通過出口流速不均勻度曲線可以看出，隨著通流面積比δ增大，不均勻度N值減小。說明在確定的壓閥罩安裝狀態(tài)下，增大氣閥腔直徑可以緩解氣閥偏吹現(xiàn)象。同樣，一味為了減輕氣閥偏吹而加大氣閥腔也是不合理的。
總結(jié)上面的理論分析和有限元計算結(jié)果，使氣閥腔通流面積約是氣道通流面積的60%，氣閥腔內(nèi)的氣體流通效果較好。此時，氣閥腔尺寸適當(dāng)，腔內(nèi)的z*大流速較低，氣閥偏吹現(xiàn)象較輕，是z*為合理的設(shè)計方案。
5、結(jié)論
?。?）應(yīng)用CFX軟件可以對氣閥腔內(nèi)的流場進(jìn)行分析，并且得出腔內(nèi)氣體的三維流線圖，等速云圖，流速云圖等；
（2）在氣缸設(shè)計以及裝配時，使壓閥罩圓孔與氣道孔正對，可以確保氣閥腔有較好的流通效果；
（3）使氣閥腔通流面積約是氣道通流面積的60%，氣閥腔內(nèi)的氣體流通效果較好，是z*為合理的設(shè)計方案；
?。?）對于鑄件氣缸，同樣可以應(yīng)用本文研究所得出的結(jié)論。
參考文獻(xiàn)
[1] 活塞式壓縮機(jī)設(shè)計編寫組.活塞式壓縮機(jī)設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1974：138-170.
[2] 郁永章.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：269-270.
[3] 劉平.基于ANSYS CFX的吸魚泵的內(nèi)部流場分析[J].流體機(jī)械，2014，（11）：43-46.
[4] 凌桂龍，丁金濱，溫正.ANSYS WorkBench 13.0從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.
[5] 謝漢龍，趙新宇，張炯明.ANSYS CFX流體分析及仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.
[6] 高井輝.基于CFX的離心式壓氣機(jī)內(nèi)部流場數(shù)值研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2011.
[7] 馬希金，王智，張明紫.基于CFX軟件油氣混輸泵壓縮級流場模擬及分析[J].石油礦場機(jī)械，2011，40（3）：32-36.
[8] 張書天.基于動網(wǎng)格的迷宮壓縮機(jī)流場分析[D].沈陽：沈陽理工大學(xué)，2014.
[9] JaakkoLarjola，JuhaHonkatukia，Petri Sallinen，JariBackman.
Fluid Dynamic Modeling of a Free Piston Engine
with Labyrinth Seals [J].Journal of Thermal Science，2010（02）：141-147.
[10] 謝軼男，李輝，趙賀嘉，江志農(nóng).往復(fù)壓縮機(jī)動態(tài)壓力仿真及瞬態(tài)流場分析[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2015，（4 ）：52-58.
[11] 趙斌，孫鐵.活塞壓縮機(jī)氣缸內(nèi)氣體的數(shù)值模擬[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2007，（4 ）：10-13.
[12] 董誠誠.車載雙螺桿壓縮機(jī)流場分析及性能研究[D].長沙：中南大學(xué)，2014.
【壓縮機(jī)網(wǎng)】1、氣閥腔結(jié)構(gòu)分析
在往復(fù)壓縮機(jī)中，氣閥腔是受壓縮介質(zhì)在氣缸中氣口與工作腔之間流通的必經(jīng)通道。設(shè)計氣閥腔時要保證氣體流通順暢，流速控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，減小壓力損失。氣閥腔結(jié)構(gòu)，通流面積，以及壓閥罩的安裝狀態(tài)都會影響氣缸內(nèi)介質(zhì)的流通。
對于鑄件氣缸和鍛件氣缸，氣閥腔結(jié)構(gòu)有較大的差別。鑄件氣缸按進(jìn)排氣閥數(shù)量可分為一進(jìn)一出、兩進(jìn)兩出、三進(jìn)三出等，進(jìn)排氣數(shù)量相同的氣缸又可分為羊角缸、圓缸等多種形式，因此，形成了結(jié)構(gòu)多樣的氣道和氣閥腔。鑄造氣缸可以設(shè)計并易于制成復(fù)雜形狀，氣閥腔和氣道通流面積較大，過度圓滑，有較好的氣流流通效果。鑄件氣缸的氣閥腔不作為本文研究的重點。
鍛件氣缸的氣閥腔和氣道是通過在鍛件毛坯上鉆、鏜等切削加工方法成形的，結(jié)構(gòu)形式固定，且相對簡單。在氣缸設(shè)計過程中，為減小氣缸外形尺寸，節(jié)省材料，通常會控制氣閥腔尺寸。如果設(shè)計不當(dāng)，就會造成氣體流通不暢，流速升高等問題。
對于壓閥罩結(jié)構(gòu)而言，鑄件壓閥罩采用方窗作為氣流通道，一般通流面積較大，可以形成較好的氣流通道。鍛件壓閥罩采用圓孔作為氣流通道，考慮到本身尺寸和強(qiáng)度問題，圓孔不會設(shè)計很大，總面積與氣道通流面積相當(dāng)即可。
通過上面的分析，對于高壓氣缸，即采用鍛件氣缸和鍛件壓閥罩的形式，氣閥腔內(nèi)的氣流通道相對狹小，需要對其進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計，這種情況也是本文研究的重點。
本文采用流體動力學(xué)分析軟件CFX，對氣閥腔內(nèi)的流場情況進(jìn)行分析計算。通過改變壓閥罩安裝狀態(tài)和氣閥腔尺寸分別進(jìn)行計算，總結(jié)出這兩種因素對氣流流動的影響情況，從而指導(dǎo)設(shè)計工作。
2、基于CFX的氣閥腔流場分析
計算流體動力學(xué)分析（CFD）是通過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計算的方法，模擬流體流動時的各種相關(guān)物理現(xiàn)象，包括流動、熱傳導(dǎo)、聲場等。
ANSYS Workbench中的CFD軟件包括Fluent、CFX和POLYFLOW。CFX從精確性、可靠性、并行能力和后處理來講，都要優(yōu)于其它兩種。因此，本文選用CFX進(jìn)行問題的研究。
s*先應(yīng)用SolidWorks建立氣缸氣閥腔局部的裝配模型，裝配體中包括：缸體、閥孔蓋、壓閥罩、氣閥、墊片，具體模型如圖1所示，主要尺寸見表1。本文分析氣閥腔內(nèi)氣體的流動，因此采用布爾運算中刪減功能求解出氣體的流體計算域，如圖2所示。
將流體計算域三維模型導(dǎo)入ANSYS Work原bench，并將計算區(qū)域類型改為流體區(qū)域。劃分網(wǎng)格時，將幾何體透明度設(shè)定為0.7，網(wǎng)格用途為CFD網(wǎng)格，求解器設(shè)置為CFX，網(wǎng)格尺寸中Relevance Center為Fine。設(shè)定計算域為進(jìn)氣閥閥腔，氣道為入口，命名為inlet，氣閥腔出口（即氣閥入口）為outlet，計算域網(wǎng)格模型如圖3所示。
模型材料設(shè)置為氣體介質(zhì)：Air at 25℃，重力加速度為Y軸方向，大小為-9.8 m/s2 。設(shè)置模型的邊界條件，具體設(shè)置方法見表2。求解器保持默認(rèn)設(shè)置，z*大迭代步數(shù)為200，收斂殘差判據(jù)為1×10-4 。
3 壓閥罩安裝狀態(tài)對流場的影響
壓閥罩安裝時，通流圓孔的朝向影響氣流路徑的通暢。本文針對有4個圓孔的鍛件壓閥罩，設(shè)置3種壓閥罩安裝方向進(jìn)行研究。分別為圓孔中心線與氣道中心線重合，中心線之間夾角為22.5度，中心線之間夾角為45度，具體的安裝狀態(tài)如圖4所示。
3.1 中心線重合
計算壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線重合時氣閥腔內(nèi)的流場狀況。氣閥腔內(nèi)氣體流速的三維流線圖如圖5所示，壓閥罩水平剖分平面上的流速云圖如圖6所示。計算結(jié)果可以看出，氣流通過正對氣道的壓閥罩圓孔時流速z*高為21.2 m/s。
繪制氣流速度為15m/s的等速云圖，如圖7所示。圖中可以直觀看出氣流流速較高的位置，以及高速氣流的流向。
氣流出口處的流速云圖如圖8所示。流體計算域出口即為氣閥入口，從計算結(jié)果可以看出，氣流進(jìn)入氣閥時流速并不均勻，圖中下半部局部流速較高，會造成氣閥的偏吹現(xiàn)象，導(dǎo)致阻力損失增加與閥片的提前破壞。
可以用出口流速不均勻度N大致評判氣閥發(fā)生偏吹現(xiàn)象的嚴(yán)重程度。
式中 Vmin——出口流速較高一半的平均流速
Vmin——出口流速較低一半的平均流速
Vo——出口平均流速
經(jīng)過計算可以得出，壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線重合時，出口流速不均勻度N=0.47。
3.2 中心線之間夾角為22.5°
計算壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線之間夾角為22.5°時氣閥腔內(nèi)的流場狀況。氣閥腔氣體流速的三維流線圖如圖9所示，壓閥罩水平剖分平面上的流速云圖如圖10所示。氣流通過偏向氣道的壓閥罩圓孔時的流速z*高為27m/s。
氣流出口處的流速云圖如圖11所示。從計算結(jié)果可以看出，氣流進(jìn)入氣閥時流速并不均勻，圖中左半部分流速較高，會造成氣閥的偏吹現(xiàn)象，出口流速不均勻度N=0.7。
3.3 中心線之間夾角為45°
計算壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線之間夾角為45°時氣閥腔內(nèi)的流場狀況。氣閥腔氣體流速的三維流線圖如圖12所示，壓閥罩水平剖分平面上的流速云圖如圖13所示。氣流通過靠近氣道的2個壓閥罩圓孔時的流速z*高，且它們的流速相當(dāng)為31m/s。
氣流出口處的流速云圖如圖14所示。從計算結(jié)果可以看出，氣流進(jìn)入氣閥時流速并不均勻，圖中下半部分流速較高，會造成氣閥的偏吹現(xiàn)象，出口流速不均勻度N=0.48。
通過對比上面的計算結(jié)果可以看出，當(dāng)壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線重合時，流場內(nèi)的z*大流速z*小，中心線之間夾角為22.5°時；其次，中心線之間夾角為45°時，z*大流速z*大。從氣閥偏吹的程度來說，中心線重合與中心線之間夾角為45°時，出口流速不均勻度相差很小，偏吹情況基本相近，中心線之間夾角為22.5°時，偏吹較為嚴(yán)重。綜合來說，當(dāng)壓閥罩圓孔中心線與氣道中心線重合時，介質(zhì)流經(jīng)氣閥腔的流通效果z*好。
在氣缸設(shè)計以及裝配時，應(yīng)盡量使壓閥罩圓孔與氣道孔正對，確保較好的流通效果。實際上，如果壓閥罩上沒有定位結(jié)構(gòu)的話很難做到2個中心線重合。因此，應(yīng)考慮研究合理的氣閥腔結(jié)構(gòu)，使得壓閥罩在各種安裝狀態(tài)下都能保證較好的氣體流通效果。
4、氣閥腔尺寸對流場的影響
氣閥腔設(shè)計時，閥腔高度是根據(jù)氣道直徑，缸體壁厚，氣閥厚度等尺寸計算得出的，調(diào)整氣閥腔通流面積時通常不會改變氣閥腔高度，而是改變氣閥腔直徑。氣閥腔通流面積是指壓閥罩外圓與氣閥腔內(nèi)徑之間的截面，如圖15中所示的陰影面積。
氣閥腔通流面積可以通過改變氣閥腔直徑來進(jìn)行調(diào)整，將它與氣道通流面積的比值定義為通流面積比δ。
其中，公式中各尺寸含義如圖15所示，D0為氣道直徑。
按理論來講，氣流通過氣閥腔通流面積進(jìn)入到遠(yuǎn)離氣道孔的壓閥罩圓孔內(nèi)，氣閥腔通流面積通過了約一半的氣體流量。為保證氣閥腔內(nèi)流速均勻，阻力損失小，氣閥腔通流面積應(yīng)該至少為氣道通流面積的一半。這一結(jié)論可以通過有限元分析的方法進(jìn)一步研究。
通過上面分析可知，壓閥罩處于圓孔中心線與氣道中心線夾角為22.5°，這一狀態(tài)時，氣流z*大速度介于其它兩種狀態(tài)之間，氣閥偏吹現(xiàn)象比較嚴(yán)重。為了使壓閥罩無論處于怎樣的安裝狀態(tài)，都能保證氣閥腔內(nèi)有較低的流速和較輕的氣閥偏吹現(xiàn)象。因此，選擇中心線夾角為22.5°這一不理想的流場狀態(tài)，對氣閥腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。氣閥腔結(jié)構(gòu)中其它尺寸不變，閥腔直徑依次取220、230、240、250、260、270、280（mm），分別進(jìn)行流場分析，并記錄流場狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)，見表3。
根據(jù)表3中的流場參數(shù)，繪制z*大流速隨通流面積比δ變化的曲線，如圖16所示。繪制出口流速不均勻度隨通流面積比δ變化的曲線，如圖17所示。
通過z*大流速曲線可以看出，隨著氣閥腔直徑的增大，腔內(nèi)的z*大流速見小。當(dāng)通流面積比δ＜60%時，z*大流速隨δ變化比較明顯。當(dāng)δ＜30%時，z*大流速已經(jīng)達(dá)到30m/s以上，局部會產(chǎn)生較大的壓力損失。通流面積比δ＞60%時，z*大流速隨δ變化較緩慢，說明增加氣閥腔尺寸不會明顯減小氣閥腔內(nèi)z*大流速。這時再想通過加大氣閥腔尺寸來減小z*大流速，會增加缸體尺寸，很不經(jīng)濟(jì)。
通過出口流速不均勻度曲線可以看出，隨著通流面積比δ增大，不均勻度N值減小。說明在確定的壓閥罩安裝狀態(tài)下，增大氣閥腔直徑可以緩解氣閥偏吹現(xiàn)象。同樣，一味為了減輕氣閥偏吹而加大氣閥腔也是不合理的。
總結(jié)上面的理論分析和有限元計算結(jié)果，使氣閥腔通流面積約是氣道通流面積的60%，氣閥腔內(nèi)的氣體流通效果較好。此時，氣閥腔尺寸適當(dāng)，腔內(nèi)的z*大流速較低，氣閥偏吹現(xiàn)象較輕，是z*為合理的設(shè)計方案。
5、結(jié)論
?。?）應(yīng)用CFX軟件可以對氣閥腔內(nèi)的流場進(jìn)行分析，并且得出腔內(nèi)氣體的三維流線圖，等速云圖，流速云圖等；
（2）在氣缸設(shè)計以及裝配時，使壓閥罩圓孔與氣道孔正對，可以確保氣閥腔有較好的流通效果；
（3）使氣閥腔通流面積約是氣道通流面積的60%，氣閥腔內(nèi)的氣體流通效果較好，是z*為合理的設(shè)計方案；
?。?）對于鑄件氣缸，同樣可以應(yīng)用本文研究所得出的結(jié)論。
參考文獻(xiàn)
[1] 活塞式壓縮機(jī)設(shè)計編寫組.活塞式壓縮機(jī)設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1974：138-170.
[2] 郁永章.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：269-270.
[3] 劉平.基于ANSYS CFX的吸魚泵的內(nèi)部流場分析[J].流體機(jī)械，2014，（11）：43-46.
[4] 凌桂龍，丁金濱，溫正.ANSYS WorkBench 13.0從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.
[5] 謝漢龍，趙新宇，張炯明.ANSYS CFX流體分析及仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.
[6] 高井輝.基于CFX的離心式壓氣機(jī)內(nèi)部流場數(shù)值研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2011.
[7] 馬希金，王智，張明紫.基于CFX軟件油氣混輸泵壓縮級流場模擬及分析[J].石油礦場機(jī)械，2011，40（3）：32-36.
[8] 張書天.基于動網(wǎng)格的迷宮壓縮機(jī)流場分析[D].沈陽：沈陽理工大學(xué)，2014.
[9] JaakkoLarjola，JuhaHonkatukia，Petri Sallinen，JariBackman.
Fluid Dynamic Modeling of a Free Piston Engine
with Labyrinth Seals [J].Journal of Thermal Science，2010（02）：141-147.
[10] 謝軼男，李輝，趙賀嘉，江志農(nóng).往復(fù)壓縮機(jī)動態(tài)壓力仿真及瞬態(tài)流場分析[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2015，（4 ）：52-58.
[11] 趙斌，孫鐵.活塞壓縮機(jī)氣缸內(nèi)氣體的數(shù)值模擬[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2007，（4 ）：10-13.
[12] 董誠誠.車載雙螺桿壓縮機(jī)流場分析及性能研究[D].長沙：中南大學(xué)，2014.
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