单级单作用径向吸排气的水泵三维建模
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单级单作用径向吸排气的水泵三维建模

本文研究的液环真空泵为单级单作用,径向吸排气的液环真空泵。对该液环真空泵的模拟流程是首先对其用Proe软件进行三维建模,然后DesignModeler抽取流道,再用ICEMCFD划分网格,最后用Fluent求解计算。ca88手机版厂考虑到液环泵两侧流动的对称性、独立性及计算机配置的限制,只对液环真空泵中一侧的流动进行研究。

图1:真空泵模型

真空泵模型

液环真空泵数值模拟的湍流模型选择RNGk-s模型,因为带旋流修正的k-s更适用于旋转机械的模拟;多相流模型选择VOF模型,VOF模型是一种能清晰模拟出气液交界面的多相流模型;此外还有滑移网格模型,它是一种准确性较高、计算量适中的转动模型;理想气体模型,带修正系数的理想气体模型模拟可压气体。


(1)双精度

水环泵轴向间隙狭小,网格狭长,纵横比较大,单精度求解器可能不能足够精确地表达各尺度方向的节点信息,所以选择精度更高的双精度计算。双精度求解器的计算所需内存更大,耗时更长。


(2)隐式VOF模型

VOF模型选择隐式格式,经计算对比发现其具有更好的收敛性和收敛速度。


(3)SecondOrderUpwind

为了提高相间分界面的清晰度,体积分数方程选择二阶或quick离散。


(4)PISO

压力-速度耦合采用PISO格式,PISO格式被推荐进行瞬态计算,使用该格式时可以增加亚松弛因子而不降低解的稳定性。


(5)PRESTO

PRESTO格式只适用于四边形或六面体网格。对于高速旋转流动以及高度扭曲区域的流动而言,PRESTO更合适。


(6)亚松弛

对目前的计算,离散格式皆进行一定程度的亚松弛,以增加计算的稳定性,同时并不降低计算的准确性。


(7)操作密度为Okg/m3

操作密度,对于VOF模型需要激活操作密度选项,并且将最轻相的密度设为操作密度,如果包含可压缩相则需要将操作密度设为0kg/m3。


(8)操作压力为0Pa

对于可压缩流动,建议将操作压力设置为OPa。


(9)混合初始化

选择混合初始化,对于那些复杂拓扑结构中的流动,混合初始化可以提供比标准初始化更好的初始速度和初始压力场,这将帮助求解以获得更好的收敛。


(10)边界条件

边界条件采取如下设置:1.进气条件按压力入口设置,进液条件按ca88会员登录入口压力设置2.出口条件按压力出口设置;3.壁面条件采用的是无滑移固壁条件,并使用标准壁面函数法来确定固壁附近的流动。


(11)流体物性参数设置

液环真空泵进口压力设置为101325Pa,转速为500r/min,工作水温度为15°C,气体介质温度为20°C。

液环真空泵在入口压力101325Pa,转速500r/min工况下,取液环真空泵z=300mm截面,分别分析其在初始状态下,0.1s、0.2s、0.3s、0.4s和以及稳定状态下的静压,气液两相、温度、速度大小以及湍流强度的云图,探索液环真空泵泵内部流动状态的变化规律。

图1:截面说明图

截面说明图

不同时刻处流场的静压分布有一定区别,排气侧的压力先升高后降低到一个大气压,吸气侧基本维持负压状态,液环真空泵的低压区出现在右侧的吸气口处,高压区出现在叶轮的排气侧,这个结果与理论结果相吻合。液环真空泵抽吸真空的能力由叶轮最小静压来表征,在吸气口处出现最小静压,而最小静压越小,液环真空泵的抽吸能力越强,因此降低叶轮吸气区的最小静压能提高液环真空泵的抽吸能力;相反,液环真空泵的压缩能力由叶轮的最大静压来表征,如果最大静压越大,那么液环真空泵的压缩能力就越强。


在离心力的作用下,液体被甩向四周,形成等厚度的圆环,而较轻的气体则集中在叶轮轮毂附近,并且ca88手机版运行的时候排气侧的气体先减少后增加到正常状态;液环真空泵运行稳定后在叶轮周围形成了一定厚度的气液分界面,这点与理论分析结果相似,但由于液环真空泵内部叶片分隔的作用,其形状并没有理论分析的光滑规则。


速度大小在10〜25m/s之间,理论速度在9〜22m/s之间,计算结果与理论结果较符合,但在局部较小区域出现了较大的速度,在吸气侧甚至出现80m/s的速度,这是由于此时该处出现较大的真空度的缘故,另外可以看到每个叶尖处的速度较小,这是由于此处流场变化剧烈,阻力较大的原因;靠近轮毂处气体有一些速度较小的环状区域,气体的速度要小于周围液体的速度,并且随着液环真空泵的运行,排气侧的速度大小是逐渐增加的。


不同时刻的湍流强度云图分布相似,没有出现较剧烈的变化,但可以看到在月牙形的空间处的湍流强度较大,并且吸气侧的湍流强度较大,由此可以看出在这些区域内速度变化较大,流场复杂,有可能有二次流的存在,并且吸气侧速度的变化程度比排气侧要剧烈,可以看出这些区域流场变化复杂,会带来大量的能量损失,这就是液环真空泵效率低下的一个原因,随着液环真空泵的运行,该吸气侧的湍流强度是先增加后减小的。


不同时刻的温度分布大体相同,在局部区域出现温度较高的情况,总的来看,随着液环真空泵的运行,泵内温度是上升的,这是由于液环真空泵在压缩气体时会产生压缩热,热量被液体吸收造成的,这点与ca88手机版厂的理论分析相吻合。


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点击次数:  更新时间:2018-03-17 11:24:51  【打印此页】  【关闭