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基于流动分析的转子泵的优化选型

钱浩海  
【摘要】:凸轮转子泵属于一种非接触式容积式泵,由于具有体积小、结构简单、重量轻和拆卸维修方便等优点,在化工、食品和医药等领域的应用越来越广泛。随着经济的快速发展,市场对转子泵的性能要求也越来越高,为了进一步改善转子泵的使用性能,本论文采用三叶凸轮转子泵为研究对象,基于流体力学的FLUENT软件,对三叶凸轮转子泵内部流动进行了数值模拟和凸轮转子泵主要性能参数进行了分析,本研究方法对凸轮转子泵的优化选型提供有价值的参考。本文的主要工作如下: (1)以三叶外圆弧加包络线型凸轮转子泵为研究对象,通过PRO/E三维绘图软件,对凸轮转子泵的外圆弧加包络线型端面型线进行参数化建模,建立三叶凸轮转子和机壳的三维模型,生成了凸轮转子泵的三维计算模型。利用PRO/E的仿真模块对凸轮转子进行干涉性检验,无干涉说明计算模型运动是可行的。 (2)应用计算流体动力学理论,并在凸轮转子泵的进出口与运动区域交界面上采用非一致网格,在近壁区采用标准壁面函数法,动网格采用弹簧光顺模型和局部重构模型,实现了对凸轮转子泵内部湍流流动的数值模拟和流量瞬时脉动曲线,得到了凸轮转子泵内部流动的变化规律,得出了容积效率影响的机理。其容积效率的模拟值与实验值进行对比分析,其误差在误差允许范围内,效率曲线的趋势基本一致,表明了数值模拟的结果是可信的、可靠的。 (3)在上述数值模拟的基础上,对凸轮转子泵性能进行定量及定性分析,得出了径向间隙和转速对转子泵容积效率影响的变化规律,为初步设计的转子泵进行性能预测。结果表明:径向间隙和转速对转子泵的性能影响很大。随着间隙的增大,转子泵的容积效率随之减小,而工作压力差越大,间隙对转子泵的性能的影响越大;转子泵的流量与转子转速呈线性关系,但是转速越高,对泵的要求就越高,输送介质的能力越低。分析得到了间隙在0.1-0.2mm之间,转子转速在200-600rpm之间,可以使转子泵有较好的工作性能。此研究方法也可以为其他产品的设计借鉴使用。


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