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罗茨泵CFD分析技术简报5 V* W% ~1 o& |1 [
1、背景描述" v" \! H$ T/ h7 Y5 }
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。
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罗茨真空泵工作原理
X) F! @( r0 I: r8 w* S1 T3 D2、技术关注点
: u0 X: D2 T! K% K# n8 A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。
# f0 D6 s8 b* Q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。
1 n9 q& M2 y- W3 mPumpLinx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。
! i8 t: Z) r5 q7 ?& j1 _( P3、案例介绍
/ l& L' z d; r% `. @6 ?, X 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。! m2 ?# C/ m/ w8 X' W; G1 \
* }! P& t/ q( Q# h罗茨泵流体域 网格模型 间隙处理' h$ o: @! J! B
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:
; C: K4 n9 Q* M% {" d4 Y 罗茨泵压力分布 罗茨泵空化分布6 ^7 T% f l, s( t) M
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。
$ n. U Z& H( ~6 q( B- U: s4、总结! y6 J4 M3 c9 J- A
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;7 b4 s8 g2 s. d) `1 D$ t8 v0 \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;1 H8 V8 p6 l8 b% x3 I" f9 |& b3 u
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;
; r/ n. A B5 `' [2 J 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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