CFD技術應用之雙螺桿泵


CFD技術應用之雙螺桿泵



螺桿泵因其輸送穩定、振動小、抽吸性能好而被廣泛應用于各行各業。目前,對螺桿泵的研究大多是圍繞螺桿轉子型線和轉子機械性能進行的,關于螺桿內部流場的關鍵技術和動態特性的研究很少報道。泵內流體為復雜、不穩定、不可壓縮的粘性流,直接影響螺桿泵的性能。用試驗方法驗證幾何設計的合理性需要大量的人力和物力,而CFD方法則可以節約成本,加速設計周期。

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工程實例


01

流體域模型


將某雙螺桿泵分為四部分,分別是入口區域、內部轉子區域、出口區域和泄壓槽。

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖1
CFD技術應用之雙螺桿泵的圖2

入口部分圖                       內部轉子圖

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖3
CFD技術應用之雙螺桿泵的圖4

出口部分圖                      泄壓槽部分圖


02

網格


計算流體力學是對控制方程進行離散,將計算區域劃分成網格,通過數值方法得到每個離散點的數據。SCORG軟件是雙螺桿機械設計和分析的專業工具,使用SCORG軟件劃分轉子區域網格。SCORG可以自動生成雙螺桿壓縮機轉子區域的結構網格,考慮真實的嚙合間隙,降低網格生成的難度,提高效率。其余部分由Simerics MP+軟件的網格功能進行網格劃分。

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖5
CFD技術應用之雙螺桿泵的圖6

內部轉子截面網格圖               內部轉子體網格圖




03

邊界條件


進口:壓力邊界

出口:壓力邊界

轉速:100~600 RPM



04

結果分析


01

壓力場分布

對不同轉速、相同進出口壓力的全對稱雙螺桿泵內部流場進行三維模擬仿真。

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖7
CFD技術應用之雙螺桿泵的圖8

X方向壓力云圖                      Y方向壓力云圖

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖9
CFD技術應用之雙螺桿泵的圖10

Z方向壓力云圖                   內部轉子壓力云圖



02

速度場分析

如圖11-12所示,螺桿泵內部流動非常穩定,介質通過腔體擠壓不斷送到出口。但在圖13中,陽轉子和陰轉子在嚙合處出現回流現象,與實際工程中嚙合泄漏是一致的。同時,可以從圖13-15中得出,速度越大,回流越差。

Z方向600r/min速度云圖

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖11

x方向600r/min速度云圖

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖12


200r/min速度云圖

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖13

400r/min速度云圖

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖14

600r/min速度云圖

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖15


03

質量流量分析

在進出口壓力相同的情況下,通過數值模擬可以得到轉速不同時的出口質量流量。具體數據見表1。

表1:質量流量結果對照表

CFD技術應用之雙螺桿泵的圖16

04

參考文獻

Hai-Tao YU. Numerical Simulation of Flow in Symmetry Twin-screw Pump based on PUMPLINX. (ICMM 2017)

文章來源:合工仿真

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