兩級(jí)液環(huán)真空泵的數(shù)值模擬研究

黃廣平，許弘雷，丁學(xué)俊，劉根凡

1 前言

液環(huán)真空泵具有無須對(duì)泵內(nèi)進(jìn)行潤(rùn)滑；適宜抽吸有毒、有害氣體；氣體在壓縮過程中溫度變化很小等特點(diǎn)。因此特別適用抽吸和壓縮易燃易爆、含粉塵、水蒸汽的氣體，在石化、冶金、電力、輕工、食品等行業(yè)有著廣泛且不可代替的應(yīng)用［1］。液環(huán)泵運(yùn)行時(shí)，液環(huán)消耗葉輪提供的大部分能量，所以液環(huán)泵的效率較低，一般在50%以下。如何提高運(yùn)行效率一直是液環(huán)真空泵研究的重點(diǎn)。但是液環(huán)真空泵泵內(nèi)是三維空間的兩相流動(dòng)，伴有傳熱傳質(zhì)過程，以往的理論分析和試驗(yàn)研究存在較多難點(diǎn)。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD是近年來流體機(jī)械研究的一個(gè)重要方向，CFD可以彌補(bǔ)理論和實(shí)驗(yàn)研究的一些不足。運(yùn)用CFD方法進(jìn)行液環(huán)泵研究主要有：運(yùn)用商業(yè)的數(shù)值計(jì)算軟件進(jìn)行泵內(nèi)流場(chǎng)和泵體結(jié)構(gòu)力學(xué)分析［2～5］，運(yùn)用編程的方法進(jìn)行流場(chǎng)的計(jì)算分析等［6］。這些研究都以單級(jí)泵作為研究對(duì)象，對(duì)兩級(jí)液環(huán)泵的研究還少有報(bào)道。本文運(yùn)用ANSYS FLUENT軟件對(duì)兩級(jí)液環(huán)真空泵進(jìn)行數(shù)值模擬研究，得到兩級(jí)液環(huán)真空泵的流場(chǎng)，對(duì)其進(jìn)行分析。

2 模型

2.1 數(shù)學(xué)模型

VOF模型是FLUENT軟件提供的多相流模型之一，可以用來求解互不相滲混的多相流的流場(chǎng)［7～11］。不同的流體相共用同一套控制方程，追蹤單相流體在網(wǎng)格中所占的體積分?jǐn)?shù)，從而得出不同流體之間的交界面的情況。該模型適合于求解多相流的自由交界面。

為盡量與實(shí)際相符，本次研究中，考慮了流體的溫度、壓力和速度等重要的因素，同時(shí)還考慮了粘性的影響。……