海基科技最新技术简报--罗茨泵CFD分析

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罗茨泵CFD分析技术简报
1、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。
      
( B, @& t& x4 N+ J罗茨真空泵工作原理
0 a+ y+ v/ y; X2 U9 M. X0 u& _2、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。
8 y7 R" ~5 c$ `% Y+ \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。
8 Y7 y: e. `% x7 UPumpLinx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。
3、案例介绍
1 C, d* w, O  S8 O. X+ A* D    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。
   
罗茨泵流体域               网格模型                 间隙处理
   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：
  ?5 E4 _# y9 I- N3 u  n$ y  罗茨泵压力分布                         罗茨泵空化分布
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。
1 M6 g- N: J5 _% A: G4、总结
5 [4 Y& o9 [! g/ ~7 u        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；
( ?' \' ^; h6 G7 s! R2 ^3 p7 s        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；
. R* r8 G; f7 y$ K+ o        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；
( A* p8 g) O" a/ r! _  ?        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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