转子泵流场的三维数值模拟的结果及其分析

2013/12/14 15:10:12      点击:

迭代至U300步左右,满足收敛条件。凸轮转子泵的性能参数包括转速、压力、流量、轴功率及出口温度等。进行数值模拟时,转速、压力、均是按照试验值给出,数值模拟与试验值比较的是流量。数值模拟生成流量报告得到:进口质量平均流量为1.4597093kg/s,出口平均质量流量为1.4594815kg/s,非常接近,符合质量守恒定律;试验测得出口质量流率为1.510833kds,两者误差为3.38%,计算流量与实际流量接近,仿真结果合理。本章有关图中的压力指相对压力。
1.叶片静压分布
从图2可以看出出口部分和旋转部分的静压比进液部分高,从图3可以看出旋转部分叶片压力面(上半部分)静压比吸力面(下半部分)静压高,在压力面和吸力面静压从叶片根部到顶端的大部分范围内逐渐增大,但在靠近顶端的很小的范围内静压沿远离叶片根部的方向又迅速减小,这与其他旋转机械静压从叶片根部到顶端一直增大的分布情况有所不同。这与旋转部分的流体运动规律有关:凸轮转子泵叶轮与机壳之间的间隙很小,在旋转容积内大部分流体只有旋转运动,只有靠近间隙的很小部分会因为泄漏产生切向流动,不考虑静压损失和液体重力,静压变化的计算式为:
P2-P1=1/2*p*((U2)2-(U1)2+(W1)2-(W2)2)  (1)
其中p代表静胍,U为旋转速度分量,形为与叶轮表面相切的速度分量。
在从叶片根部到顶端的大部分范围内W=0,静压的变化只与旋转速度有关,远离叶片根部旋转速度逐渐增大,所以在这部分范围内静压逐渐增大。在靠近叶片顶端的很小范围内,我们假设l点代表离叶轮顶端较近,2点离叶轮顶端较远,既U1>U2(通过计算可得出最顶端旋转速度最大为4.53rn/s),由图4可以看出叶片在间隙附近的切向速度变化很快(从生成的报告中可以知道在最顶端切向速度为267.71rn/s),既W1>W2,并且切向速度变化对静压的影响大大超过了旋转速度变化对静压的影响,得出P1是一致的。这与孙刚等通过数值计算得出的压力分布情况大体一致。

                        图2 凸轮转子泵静压图

                             图3 左转子旋转部分静压图

                            图4 左转子切向速度图
2.叶轮与机壳间隙的压力分布
从图5-图8可以看出,间隙部分压力状况很复杂,从间隙中间往两侧压力成增大趋势,在间隙中间存在着不连续的低压区,并且由于两转子在角度上不对称,各间隙处于不同位置,所以各间隙的压力分布状况不同。这说明叶轮顶端凸台在旋转过程中交替处于压力复杂区域,作者认为这是其较易损换的原因之一。

               图5 叶轮与机壳间隙(进液与右旋转之间)压力分布图

            图6 叶轮与机壳间隙(进液与左旋转之间)轴向压力分布图

            图7 叶轮与机壳问隙(出口与左旋转之间)轴向压力分布图

           图8 叶轮与机壳间隙(出口与右旋转之间)轴向压力分布图
3.截面温度分布
从图9可以看出当转子从进液部分带走液体时,进液部分会形成一个高温区,并且高温区由罩到外范围逐渐扩大,温度逐渐降低到与其它位置一致;在出口部分存在大范围的高温区。这说明这两部分液体运动状况复杂,产生大量的热。

                     图9 截面温度分布图
4.截面速度矢量分布与涡流分布
从图10可看出凸轮转子泵内部流场液流紊乱,尤其是进出口部分。从图11和图12可以看出进液部分与出口部分存在涡流,涡流产生大量的热,这与图9的高温区基本吻合。从与速度矢量图对应的压强等值线图图13和图14可以看出,对应涡旋区等值线比较密,说明这些区域压强变化剧烈。

                           图10 整体区域速度矢量图

                           图11 进液部分速度矢量图

                                     图12 出口部分速度矢量图

                      图13 进液部分压强等值线图

                     图14 出口部分压强等值线图

 

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