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研究生:沈秉德
研究生(外文):Bing-De Shen
論文名稱:鋁合金渦卷之洩漏與效率分析
論文名稱(外文):Analyses of Leakage and Efficiency of Aluminum Alloy Scrolls
指導教授:蔡忠杓蔡忠杓引用關係
指導教授(外文):Chung-Biau Tsay
學位類別:碩士
校院名稱:國立交通大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:渦卷壓縮機洩漏效率有限元素法延伸漸開線
外文關鍵詞:scrollcompressorleakageefficiencyF.E.M.extended involute
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壓縮機性能的評比一般多以容積效率之高低來作為標準,因為容積效率若提高,將連帶提升壓縮機的冷房能力及能源效率比值(E.E.R.)。然而影響容積效率的最主要的因素就是壓縮機本身的洩漏問題,只是直接實際量測渦卷壓縮機的洩漏情形相當困難,數值準確度也不易令人信服,因此本論文改以分析模擬的方式進行推算,粗略的了解渦卷洩漏流量之多寡,提供予設計者一參考之值。
本論文是利用嚙合原理和微積分的觀念來推導延伸漸開線形渦卷的幾何數學模式及其相關性質,再將這些性質加上理想流體的假設狀況以求得渦卷的洩漏數學模式,且配合有限元素法分析所得到之渦卷受冷媒壓力和溫度的結果,發現渦卷會因承受壓應力和熱應力而產生變形,導致原本密封線上相嚙合處產生間隙,把此結果代入所推演之渦卷理論洩漏數學模式,便可求得渦卷的洩漏情形。
利用此分析模式可建立渦卷在設計上可以變動的設計參數與渦卷洩漏流量之間的關係,同時計算其容積效率與壓縮效率並歸納出可供參考之建議,期許對往後渦卷的設計有些許貢獻。當然最終目的是得到一組渦卷設計參數的最佳值,希望此組設計參數可使渦卷壓縮機獲得較高的效率和贏得更多在市場上的競爭優勢。
Generally, the performance evaluation of a compressor is based on its volumetric efficiency. Because a higher volumetric efficiency results in a higher refrigerating capacity and E.E.R.(energy efficiency ratio) of a compressor. The most important issue for the volumetric efficiency of a compressor is the leakage problem. However, it is difficult to measure the leakage flow of a scroll compressor directly, and the accuracy of the measurements are not completely convincing. Therefore, this thesis tries to use a numerical method to roughly calculate the leakage of the mating scrolls to provide designers a referable result.
This thesis uses the equation of meshing and calculus to get the geometric shape model of an extended involute scroll and some properties of the scrolls. The leakage model of scrolls can be attained by putting these properties to operate with ideal-fluid assumptions. Then, observing the FEM results that scrolls sustain to refrigerant’s pressure and temperature loads, we can detect the deformations of scrolls which receive pressure stress and thermal stress, and the clearance at the contact lines can obtain as well. Taking these results into the leakage model of scrolls, the leak flow rate of the scrolls can be calculated.
An analytic model is established to find a relationship between the design parameters of scrolls and leakage, and the efficiency of scrolls are gotten at the same time. In addition, a set of optimum design parameters can be obtained to improve the efficiency of scrolls. It is hope that the suggestions made in this thesis are helpful to the design of scrolls of scroll compressors and provide competitive superiorities for scroll compressors in the market.
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號說明 ix
第一章 緒論 1
1-1 簡介 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究方向 3
第二章 延伸漸開線形渦卷之幾何數學模式暨相關性質 4
2-1 延伸漸開線之數學模式 4
2-2 圓柱形銑刀之數學模式 6
2-3 渦卷之數學模式 7
2-4 渦卷之接觸分析 9
2-5 渦卷的性質 10
2-5-1 壓縮室的面積和體積 10
2-5-2 密封線長度 12
2-5-3 容積比 14
2-5-4 理論壓縮比 16
2-5-5 理想壓縮過程中所需的功 16
2-5-6 發生過壓縮與不足壓縮時所需的功 18
2-5-7 容積效率 20
2-5-8 壓縮效率 20
2-5-9 冷媒流量 20
第三章 渦卷洩漏模式推導 21
3-1 洩漏途徑 21
3-2 分析模式推導 21
3-3 數學式推導 27
3-3-1 軸向洩漏公式 27
3-3-2 徑向洩漏公式 29
3-3-3 流體性質 31
第四章 渦卷之有限元素法分析及洩漏研究 32
4-1 渦卷之二維線形幾何方程式 32
4-2 渦卷材料選用 33
4-3 渦卷尺寸及基本性質 33
4-4 有限元素法分析 35
4-4-1 有限元素法分析前處理 35
4-4-2 有限元素法分析之結果 38
4-5 洩漏及效率分析 43
第五章 不同渦卷設計參數之洩漏探討及效率分析 47
5-1 改變圓柱形銑刀的直徑 47
5-2 改變節距 51
5-3 改變延伸量 57
第六章 結論與展望 62
6-1 結論 62
6-2 展望 64
參考文獻 65
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