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液环真空泵内气液两相流动的数值分析

[导读]模拟计算包括液环真空泵内气液两相流速、压力、两相分布等内容。计算结果表明:本文所采用的分析方法和手段,可以较好的模拟分析计算液环真空泵非稳态气液两相流动问题,对实现产品的优化设计,具有重要的工程指导作用。

  液环真空泵一种以旋转液体作为活塞,抽吸及压缩气体的回转容积泵,叶轮按顺时针方向旋转时,离心力的作用使工作液体甩向泵体四周形成液环,叶轮内流道与液环之间形成一个近似月牙形的空腔,该空腔被叶轮叶片分隔成若干个小空腔。随着叶轮旋转,吸气时小空腔容积由小变大;吸气停止后小空腔体积再由大变小,气体被压缩并排出泵体完成整个压缩过程。液环真空泵具有转子与泵体无接触、等温压缩等特点,特别适用抽吸和压缩易燃易爆、含粉尘、水蒸汽的气体,在石化、冶金、电力、轻工、食品等行业有着广泛且不可代替的应用。液环真空泵内的流动属于十分复杂的非稳态气液两相流。现有液环泵小泵效率一般为30%~45%,大泵也只能达到50%左右。造成液环真空泵能耗高、效率低的主要原因是泵内气液两相流产生了较大的水力损失,而现有的理论及分析手段未能准确有效的描述泵内气液两相流动规律。随着近年计算机软硬件技术的迅速发展,运用计算流体力学(CFD)技术分析叶片泵内部流动性能已成为一个发展方向。但液环泵内的两相流动远比一般叶片泵的流动复杂得多:泵内具有一个大小形状未知的气液两相分界面,必须采用多相流的分析方法。泵内的两相流动是随时间显著变化的,必须采用非定常的分析方法。常规叶片泵内各流道的流动基本相同,一般只需分析一个流道即可,而液环泵中每个叶片流道内的两相流动是完全不同的,必须将整个液环泵流场作为一个整体进行分析。本文针对液环真空泵内非稳态气液两相流问题开展数值模拟研究,最终实现性能的可控制性及产品的优化设计,具有重要的科研价值及工程应用意义。

  本文运用多相流欧拉分析方法结合滑移网格技术,模拟分析计算一单级单作用、径向吸排气的液环真空泵非稳态气液两相流问题。计算结果表明:离心力的作用使叶轮内形成一个有相当厚度的气液分界面;整个液环泵的低压区出现在叶轮的吸气区一侧,高压区则出现在叶轮的排气区一侧,其结果与传统理论结果相似。综上所述,本文所采用的分析方法和手段,可以较好的模拟计算液环真空泵非稳态气液两相流动问题,对实现产品的优化设计,具有重要的工程指导作用。




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