【技術簡報】羅茨泵CFD分析

2016-09-14 by:CAE仿真在線來源:互聯網

“背景描述” 羅茨真空泵(簡稱:羅茨泵)是指泵內裝有兩個相反方向同步旋轉的葉形轉子,轉子間、轉子與泵殼內壁間有細小間隙而互不接觸的一種變容真空泵,間隙一般為 0.1~0.8毫米。羅茨泵是一種無內壓縮機的真空泵,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,運轉維護費用低,抽速大、效率高等特點,廣泛應用于化工、食品及醫藥工業中。

“技術關注點” 圍繞羅茨式流體機械的性能,主要的研究功能有:羅茨泵轉子型線設計及優化、機體進排出口與轉子匹配性研究、羅茨泵的噪聲性能研究等。目前多采用CFD技術對羅茨泵進行數值分析,進行羅茨式流體機械的設計、改型及優化工作。由于羅茨泵為變容式流體機械,在進行數值分析時具有以下技術難點:轉子與殼壁具有細小間隙,網格描述難度較大;轉子區域為變容式結構,需建立結構化網格,且需設置變容區域的動網格;羅茨泵出口配有釋壓閥,需考慮流泵閥聯合;對于介質為液體的羅茨泵,需考慮泵內的空化效應;羅茨泵噪聲源來自于機械噪聲和流動噪聲,因此在進行噪聲分析時還需考慮流場的影響。 PumpLinx作為專業的運動機械CFD仿真軟件,可以較好地解決上述難點,快速進行羅茨式流體機械的仿真及優化工作。“案例介紹” 如下為某羅茨泵的分析模型, PumpLinx內置有羅茨泵的網格模板,可進行一鍵式的結構網格生成,同時羅茨泵模板還可自動設置變容區域的動網格,大大降低羅茨式流體機械數值仿真的難度,最大限度地提高了CFD前處理的效率。

本案例中羅茨泵進口為一個大氣壓,出口為十個大氣壓,轉速為400RPM,計算工質為水。調用PumpLinx內置的羅茨泵模板,湍流及空化模型對該羅茨泵進行數值仿真,對該羅茨泵進行了較好地數值預測。部分計算結果如下所示:

由分析可知,該羅茨泵內壓力分布符合理論實際,但泵內部有明顯的空化現象,空化性能較差,有待優化。“總結”1、PumpLinx專業模板可快速完成羅茨泵變容區域的結構網格劃分,可考慮細小的嚙合間隙;2、PumpLinx專業模板可自動設置變容區域的動網格,大大降低動網格設置難度;3、PumpLinx內置的全空化數值模型可對泵內存在的空化現象進行準確預測,為泵的性能優化提供指導;4、PumpLinx的專業性使得工程師可以較快較好地完成羅茨泵、羅茨風機、羅茨壓縮機的流場數值仿真,且其流場計算結果可直接輸出至噪聲分析軟件進行流致噪聲分析,進一步完善羅茨式流體機械的設計及優化工作。

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