涡旋真空泵运行工况流场的计算机模拟研究(2)

　　在ANSYS通用后处理器中定义路径排气口速度场的中心线得到速度场中心轨迹速度分布如图4所示：

图3 排气口速度场分布图图4 排气口速度场中心轨迹速度分布图

3、封闭压缩腔内压力场分布规律

　　由于排气口没有气体流入，压缩腔内气体压力由通过月牙形封闭压缩腔两端的间隙从高压侧向低压侧泄漏的气体量来决定，根据压缩腔内的容积变化设定气体的压缩过程是等温变化，以此可以求得压缩过程的任何瞬时压力变化值。一般情况下，圆的渐开线涡旋真空泵的第i个压缩腔的容积为：

　　根据理想气体热学行为的基本实验定律－玻意耳定律(一定质量的气体，当温度保持不变时，其压强和体积的乘积等于常量，即PV＝常量，式中的常量由气体的性质，质量和温度确定)，设定月牙形封闭压缩腔的吸入压力为5Pa，排气压力为0.1 MPa，利用PV＝常量和C++ 语言编制的相应计算程序（求解步长为1/4π），经过计算得出如下结果：

　　对于第二封闭压缩腔， 程序解值如图5所示。

　　根据数值绘制相应的压力变化曲线如图6所示。

　　对于第三封闭压缩腔，程序解值如图7所示。

图5 第二封闭压缩腔程序解值　图6 第二封闭压缩腔压力变化曲线　图7 第三封闭压缩腔程序解值

　　根据数值绘制相应的压力变化曲线如图8所示：

图8 第三封闭压缩腔压力变化曲线

4、结论

　　通过上述模拟研究与实验，得出主要结论如下：

　　（1）从排气口速度场模拟过程及中心轨迹速度分布情况不难发现，涡旋真空泵的排气口流速在出口附近分布比较集中, 同时变化也较为剧烈，远离排气口的空间速度分布比较稀散, 变化也相对比较缓慢；

　　（2）从各工作阶段的压力场变化曲线可以明显看出各对称月牙形腔的压力分布情况，随着主轴转角的增大，气体在压缩腔内体积减小的同时，压缩腔内的气体压力也在提高, 并且压力升高的速度是逐渐增加的；

　　（3）ANSYS软件模拟结果与涡旋真空泵实验运行过程中压力分布和变化情况以及排气口速度分布的实际情况基本吻合，这说明利用软件模拟手段可以进行涡旋真空泵的相关分析和研究。