三叶转子气冷式罗茨真空泵的流场数值分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)台州职业技术学院 作者:戴映红

  本文利用数值模拟软件FLUENT 建立三叶转子气冷式罗茨真空泵的二维计算模型,采用动网格技术对气冷式罗茨真空泵内部流动进行动态模拟。分析了转子在转动情况下泵内部流场的变化、内部流场的压强分布以及进排气腔的速度分布,得出泵内部流场的流动规律,为气冷式罗茨真空泵的设计和分析提供理论依据,同时可以用于气冷式罗茨真空泵的性能预测及优化设计。

  气冷式罗茨真空泵具有结构简单、工作可靠等优点,近年来广泛应用于大型空间模拟装置、汽轮机动平衡装置、化工等各行业,市场前景广阔、经济效益显著。在真空技术网以往的文章里中已经对气冷式罗茨真空泵转子的型线进行分析比较,从中可知在泵的中心距和外圆半径相同的条件下,转子叶数越多,容积利用系数λ 越大。目前国内的气冷式罗茨真空泵的转子基本上是两叶宽头圆弧摆线型线,试验表明将气冷式罗茨真空泵的转子结构从两叶圆弧摆线转子改为三叶圆弧摆线转子,可显著提高抽气速率和降低噪声。

  气冷式罗茨真空泵的结构及运转特点使其难以通过实验工具对内部流动进行检测。随着计算机技术的发展,CFD 越来越多地应用于流体设备的设计和流场分析中,CFD 数值模拟可真实地显示流体的流动状况。本文采用广泛应用于CFD行业的FLUENT 软件模拟三叶转子气冷式罗茨真空泵的内部流动,分析内部流场的流动情况,为气冷式罗茨真空泵及同类产品的优化设计提供参考。

3、结论

  (1) 工作腔与返冷气口相通时,腔内存在压差,出现强度较大的涡旋,结果使腔内压强均匀,涡旋逐渐减小直至消失,在这过程中返冷气口处产生周期性的涡旋噪声。

  (2) 进气腔处涡旋较多,由于转子的周期性运动,产生周期性的进气涡旋噪声。

  (3) 由于转子与转子、转子与泵内壁间存在间隙,高压气体通过间隙向低压气体区域高速返流,影响泵的抽气速率、极限真空及噪声。

  (4) 工作腔与排气腔相通前工作腔内的气体压强已经达到排气压强,排气腔处的气体流动状况较好,基本没有涡旋产生,排气腔处的涡旋噪声基本没有。

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