【技术简报】罗茨泵CFD分析

2016-09-14 by:CAE仿真在线来源:互联网

“背景描述” 罗茨真空泵(简称:罗茨泵)是指泵内装有两个相反方向同步旋转的叶形转子,转子间、转子与泵壳内壁间有细小间隙而互不接触的一种变容真空泵,间隙一般为 0.1~0.8毫米。罗茨泵是一种无内压缩机的真空泵,因此适用于低压力场合的流体输送和加压。罗茨泵具有启动快,耗功少,运转维护费用低,抽速大、效率高等特点,广泛应用于化工、食品及医药工业中。

“技术关注点” 围绕罗茨式流体机械的性能,主要的研究功能有:罗茨泵转子型线设计及优化、机体进排出口与转子匹配性研究、罗茨泵的噪声性能研究等。目前多采用CFD技术对罗茨泵进行数值分析,进行罗茨式流体机械的设计、改型及优化工作。由于罗茨泵为变容式流体机械,在进行数值分析时具有以下技术难点:转子与壳壁具有细小间隙,网格描述难度较大;转子区域为变容式结构,需建立结构化网格,且需设置变容区域的动网格;罗茨泵出口配有释压阀,需考虑流泵阀联合;对于介质为液体的罗茨泵,需考虑泵内的空化效应;罗茨泵噪声源来自于机械噪声和流动噪声,因此在进行噪声分析时还需考虑流场的影响。 PumpLinx作为专业的运动机械CFD仿真软件,可以较好地解决上述难点,快速进行罗茨式流体机械的仿真及优化工作。“案例介绍” 如下为某罗茨泵的分析模型, PumpLinx内置有罗茨泵的网格模板,可进行一键式的结构网格生成,同时罗茨泵模板还可自动设置变容区域的动网格,大大降低罗茨式流体机械数值仿真的难度,最大限度地提高了CFD前处理的效率。

本案例中罗茨泵进口为一个大气压,出口为十个大气压,转速为400RPM,计算工质为水。调用PumpLinx内置的罗茨泵模板,湍流及空化模型对该罗茨泵进行数值仿真,对该罗茨泵进行了较好地数值预测。部分计算结果如下所示:

由分析可知,该罗茨泵内压力分布符合理论实际,但泵内部有明显的空化现象,空化性能较差,有待优化。“总结”1、PumpLinx专业模板可快速完成罗茨泵变容区域的结构网格划分,可考虑细小的啮合间隙;2、PumpLinx专业模板可自动设置变容区域的动网格,大大降低动网格设置难度;3、PumpLinx内置的全空化数值模型可对泵内存在的空化现象进行准确预测,为泵的性能优化提供指导;4、PumpLinx的专业性使得工程师可以较快较好地完成罗茨泵、罗茨风机、罗茨压缩机的流场数值仿真,且其流场计算结果可直接输出至噪声分析软件进行流致噪声分析,进一步完善罗茨式流体机械的设计及优化工作。

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