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罗茨泵CFD分析技术简报: E+ R$ d/ P2 F5 W; C
1、背景描述% N* w/ P0 _" h
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。2 `3 X" i+ R! o) l N4 ?$ J+ ^
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罗茨真空泵工作原理
; L) c6 P) M) r4 E0 G; Y2、技术关注点
; U- u/ W1 H3 F) p& D7 t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。
! o& l8 T4 o: e( ~9 A+ N: J7 r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。( r- j6 q* g' F$ ?! M
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。
: S, ~6 c3 z) Z# O3、案例介绍
: T8 ^, _7 F, Z# w( h9 e 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。
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罗茨泵流体域 网格模型 间隙处理2 X/ k% J3 ~- Z, ~% O: f
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： : _; X, {- f/ {# T
罗茨泵压力分布 罗茨泵空化分布: ^" X2 \. H d: A
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。
7 S! t- k) n6 N3 u" ^9 j( e6 r5 E3 Y4、总结4 v9 d; j* Z# O2 B
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；
0 B; t$ p3 E& i. D6 \& m 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；
. k7 Q4 q; k% I1 W: Z" n 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；0 J9 E5 U1 ^; i* `2 U0 n7 u
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。/ M H# z8 t9 _5 l- g! t' {
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发表于 2015-4-24 16:27:21
