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。
      
' M- x( F% |! t' Y3 c罗茨真空泵工作原理
( _2 n( p4 T% L5 E- `) p, h* a8 d2、技术关注点
9 a! C- Z. p& v4 M+ D3 V7 v# |9 ^/ O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。
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。
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。
8 y1 \9 a. g' l; j! y( u( U3、案例介绍
) V- q3 R5 w! |% C    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
0 C7 |/ }6 J+ S* c3 x" a$ M) d   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：
  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。
; `3 t  N. |. a* i7 v4、总结
6 o  I! T. E. K8 [. J2 k        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；
) s; f+ g3 ^$ F$ y/ P        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；
        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；
        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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