圆弧转子泵的设计与数值模拟分析

【摘要】转子泵是一种应用广泛的容积式输送泵,目前国内产品的性能与国外相比有很大差距,国内对转子泵的设计开发多采用仿制或类比的方法,对转子泵的理论研究较少。本文着重在圆弧转子泵转子型线的参数化设计,内部流场流动规律获取以及出口流量特性分析等方面进行了探索研究,力求得出一些有价值的流场信息,为后续优化设计提供一定的理论参考。本文主要从以下几个方面对转子泵进行了分析研究。(1)对圆弧转子泵设计过程中一些重要参数的计算选取进行了分析,并给出了一些参考范围,比如型线的径距比,转子间的间隙,泵进出口直径,转速选取等。(2)给出圆弧转子型线主要的叶型参数和它们之间的关系,根据转子型线叶峰曲线与叶谷曲线形成的原理,利用几何关系推导了圆弧转子型线的理论方程和实际方程。根据实际型线方程运用Auto-CAD内嵌的VBA编写相关计算和型线绘制的程序,建立三叶圆弧型线参数化设计平台,从而提高圆弧转子型线的设计和绘制效率。(3)为了能直观的掌握转子泵内部流动规律,本文采用FLUENT软件,通过编写用户自定义函数,引入动网格技术对三叶圆弧转子泵的内流场进行数值模拟分析,得到内部流场压力和速度分布规律,从中捕获到了转子泵内发生的涡流,返流等重要的流动现象,并对其形成机理进行了分析,流场信息的获取和对一些现象成因的分析能为三叶圆弧转子泵的优化设计提供一定的理论指导。(4)预测了不同工况对出口流量特性的影响规律。通过仿真分析得出不同粘度和进出口压差对泵出口流量特性的影响,并分析了产生这种影响的原因。结果表明不同介质粘度对转子泵出口平均流量,脉动系数等流量特性都有一定的影响,验证了转子泵在高粘度介质的输送中具有良好的流量特性。进出口压差对转子泵出口流量,脉动系数等流量特性会产生较大的影响,这与转子间保持有一定间隙的构造密切相关,同时验证了转子泵在高压输送时具有一定局限性的特点。
【作者】方春晖；
【导师】杨国来；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】转子泵；转子型线；参数化设计；动网格；数值模拟；UDF；

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