【技術(shù)簡報】羅茨泵CFD分析

2016-09-14 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

“背景描述” 羅茨真空泵(簡稱:羅茨泵)是指泵內(nèi)裝有兩個相反方向同步旋轉(zhuǎn)的葉形轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子與泵殼內(nèi)壁間有細(xì)小間隙而互不接觸的一種變?nèi)菡婵毡?間隙一般為 0.1~0.8毫米。羅茨泵是一種無內(nèi)壓縮機的真空泵,因此適用于低壓力場合的流體輸送和加壓。羅茨泵具有啟動快,耗功少,運轉(zhuǎn)維護(hù)費用低,抽速大、效率高等特點,廣泛應(yīng)用于化工、食品及醫(yī)藥工業(yè)中。

“技術(shù)關(guān)注點” 圍繞羅茨式流體機械的性能,主要的研究功能有:羅茨泵轉(zhuǎn)子型線設(shè)計及優(yōu)化、機體進(jìn)排出口與轉(zhuǎn)子匹配性研究、羅茨泵的噪聲性能研究等。目前多采用CFD技術(shù)對羅茨泵進(jìn)行數(shù)值分析,進(jìn)行羅茨式流體機械的設(shè)計、改型及優(yōu)化工作。由于羅茨泵為變?nèi)菔搅黧w機械,在進(jìn)行數(shù)值分析時具有以下技術(shù)難點:轉(zhuǎn)子與殼壁具有細(xì)小間隙,網(wǎng)格描述難度較大;轉(zhuǎn)子區(qū)域為變?nèi)菔浇Y(jié)構(gòu),需建立結(jié)構(gòu)化網(wǎng) 格,且需設(shè)置變?nèi)輩^(qū)域的動網(wǎng)格;羅茨泵出口配有釋壓閥,需考慮流泵閥聯(lián)合;對于介質(zhì)為液體的羅茨泵,需考慮泵內(nèi)的空化效應(yīng);羅茨泵噪聲源來自于機械噪聲和流動噪聲,因此在進(jìn)行噪聲分析時還需考慮流場的影響。 PumpLinx作為專業(yè)的運動機械CFD仿真軟件,可以較好地解決上述難點,快速進(jìn)行羅茨式流體機械的仿真及優(yōu)化工作?！鞍咐榻B” 如下為某羅茨泵的分析模型, PumpLinx內(nèi)置有羅茨泵的網(wǎng)格模板,可進(jìn)行一鍵式的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成,同時羅茨泵模板還可自動設(shè)置變?nèi)輩^(qū)域的動網(wǎng)格,大大降低羅茨式流體機械數(shù)值仿真的難度,最大限度地提高了CFD前處理的效率。

本案例中羅茨泵進(jìn)口為一個大氣壓,出口為十個大氣壓,轉(zhuǎn)速為400RPM,計算工質(zhì)為水。調(diào)用PumpLinx內(nèi)置的羅茨泵模板,湍流及空化模型對該羅茨泵進(jìn)行數(shù)值仿真,對該羅茨泵進(jìn)行了較好地數(shù)值預(yù)測。部分計算結(jié)果如下所示:

由分析可知,該羅茨泵內(nèi)壓力分布符合理論實際,但泵內(nèi)部有明顯的空化現(xiàn)象,空化性能較差,有待優(yōu)化?！翱偨Y(jié)”1、PumpLinx專業(yè)模板可快速完成羅茨泵變?nèi)輩^(qū)域的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分,可考慮細(xì)小的嚙合間隙;2、PumpLinx專業(yè)模板可自動設(shè)置變?nèi)輩^(qū)域的動網(wǎng)格,大大降低動網(wǎng)格設(shè)置難度;3、PumpLinx內(nèi)置的全空化數(shù)值模型可對泵內(nèi)存在的空化現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測,為泵的性能優(yōu)化提供指導(dǎo);4、PumpLinx的專業(yè)性使得工程師可以較快較好地完成羅茨泵、羅茨風(fēng)機、羅茨壓縮機的流場數(shù)值仿真,且其流場計算結(jié)果可直接輸出至噪聲分析軟件進(jìn)行流致噪聲分析,進(jìn)一步完善羅茨式流體機械的設(shè)計及優(yōu)化工作。

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