搜索斜齿罗茨风机仿真
2017-03-31 by:CAE仿真在线 来源:互联网
1.背景描述
三叶罗茨风机是我国引进开发的一种新型罗茨风机,属于容积式风机。该风机运行稳定,特别是大流量三叶罗茨风机,容积效率高、机械功率损失小,已经成为企业的关键设备。例如国内的二级生物污水处理厂曝气工艺使用罗茨风机送气,氯碱化工企业氢气处理工序使用大容量三叶罗茨风机输送氢气等,除此之外也可用作真空泵。
罗茨鼓风机叶轮轮齿一般与轴线平行,即直齿状,这样加工、检测较为方便,但随着加工技术的发展,设计成扭曲叶轮变为现实,即斜齿状。斜齿罗茨风机可以增加啮合线长度,增加工作平稳性、减少输气脉动、噪声低,而且工作时具有内压缩过程,与直叶罗茨风机相比,效率高、能耗低,是传统罗茨风机的替代品。
图1 斜齿罗茨风机几何模型图
2.技术难点
随着计算机技术的发展,利用CFD仿真技术对产品进行仿真分析,获得内部流场信息,从而了解和改进产品,已成为产品开发的重要手段。
斜齿罗茨风机由一对斜齿相互啮合,通过旋转改变齿轮腔室容积,以到达输气的目的。斜齿罗茨风机仿真的主要技术难点就在一对相互啮合的齿轮上,啮合齿轮具有空间扭曲,间隙小等特点,在工作过程中,空间扭曲形状和间隙会随着齿轮旋转角度发生变化。因此,为了满足仿真的准确性,如何在扭曲空间和微小间隙划分结构网格、以及控制网格运动成为了斜齿罗茨风机仿真的主要困难。
针对斜齿罗茨风机的仿真难点,本文采用SCORG+PumpLinx技术方案。其中SCORG是专门针对螺杆、斜齿机械而开发的网格划分软件,由英国伦敦城市大学开发,并交由PDManalysis公司商业化。而PumpLinx专门转对旋转机械而开发的仿真软件,在齿轮泵、螺杆压缩机、柱塞泵等领域具有独到优势,得到广泛应用。
3.案例介绍
将图1所示的斜齿罗茨风机进行分区,并对各部分进行网格划分,其中斜齿旋转区域通过SCORG软件划分结构化网格,进出口区域在PumpLinx软件中采用通用网格划分生成笛卡尔网格,各部分网格划分情况如下图所示。
模型网格划分
局部网格剖面图
计算采用双螺杆机械模板,添加湍流模型,并选择瞬态计算的方法。其中进口和出口给定压力和温度边界,并指定转速。仿真工况表如下图所示。
通过仿真可以获得斜齿罗茨风机风量和出口温度,与试验对比情况如下表2所示。从表中可以看出,仿真结果与试验结果较为吻合,其中流量误差在5%以内,温度误差在4%以内。
图3 斜齿罗茨风机压力分布图
图4 斜齿罗茨风机温度分布图
4.总结
本案例对斜齿罗茨风机进行了仿真分析,通过SCORG+PumpLinx的技术方案,解决了斜齿风机网格划分和网格控制的技术难点。通过仿真可以获得罗茨风机风量、出口温度,功率以及流场压力和温度分布,通过与试验对比可知,仿真结果与试验值匹配度较高。该案例采用SCORG+PumpLinx联合的技术方案,通过SCORG生成斜齿或螺杆机械的转子结构网格,并输出至PumpLinx进行CFD求解,最终获得了理想的结果。
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