水环真空泵内部气液两相流动的数值分析.pdf

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1、第15卷第7期2011年7月船舶力学JournalofShipMechanicsV01．15No．7Jul．201l文章编号：1007—7294(2011)07-0722-08水环真空泵内部气液两相流动的数值分析黄苗苗1，李国君2，匡晓峰1(I中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082；2西安交通大学，西安710049)摘要：文章采用CFD软件，利用VOF气液两相流动模型，滑移网格技术和二阶精度迎风格式数值研究了水环真空泵的泵壳内的三维两相流动特性。文中给出了计算结果的三维两相分界面，速度矢量和静压等值线分布的分析，结

2、果与经典理论分析结论一致，验证了本文数值计算方法的可靠性。本文工作为理解和掌握水环真空泵内部真实流动特性和提高水环真空泵的效率提供理论依据和数据参考。关键词：水环真空泵；气液两相流；VOF；数值模拟中图分类号：U661．3文献标识码：ANumericalsimulationofthegas-liquidtwo-phaseflowinwater-ringvacuumpumpHUANGMioo-miao1，LIGuo--j肌2，KUANGXiao-feng1(IChinaShipScientificResearchCent

3、er,Wuxi214082,China；2Xi’蚰JiaotongUIliverBity，Xi’all710049，China)Abstract：Water-ringvacuumpumpwagwidelyusedinvacuumpumpingindustriesforitsuniquecharac-teristics．Tounderstandthegag-liquidtwo-phageflowcharacteristicsofthewater—ringvacuumpump，theCFDsoftwarebasedonth

4、eVOFtwo-phasemodelWagutilized．Slidingmeshandtwo-orderupwinddis-cretizationmethodwereadoptedtosolvetheRANSequations．Gas-liquidtwo—phaseflowfieldinthetyp-icalwater-ringvacuumpumpWaganalyzed，andtheresultcorLfilTfl$thefeasibilityofthenumericalmethodusedinthispaper．T

5、hepaper’8workcanbeabletosupplytheoreticalstudytoincreasetheefficiencyofthewater-ringvacuumpump．Keywords：water-ringvacuumpump；gag-liquidtwo——phageflow；VOF；numericalsimulation1引言水环真空泵独特的工作原理，使其具有突出的优点，可以抽除易燃、易爆及腐蚀性气体，还可以抽除含水、含尘的气体，所以在低真空和低排气压力的范围内应用仍然非常广泛。但是就我国的水环

6、真空泵而言，效率很低，一般为30％-45％。国内对于水环真空泵的研究工作开展得较少，与国外有较大差距，水环真空泵的研发水平远远不能满足实际应用中的要求。水环真空泵内部流动复杂，是典型的气液两相三维非定常流动，且空气不能简化为不可压缩相。由于对其内部流动特性的掌握不够深入，很大程度上限制了设计方法的发展。虽然其他泵早就采用了CFD技术进行研究，但是目前关于水环真空泵数值模拟的资料还很少，而国外这方面的资料没有公布，所以本文尝试从这方面人手展开工作。收稿日期：201l一04—19作者简介：黄苗苗(1983一)，女，中国船舶

7、科学研究中心硕士生。第7期黄苗苗等：水环真空泵内部气液两相⋯7232工作原理不同型号的水环真空泵结构不同，但是基本原理都是相同的。如图1所示，单级单作用、轴向吸排气的水环真空泵是水环真空泵中最典型的类型，本文以此为例来说明水环真空泵的工作原理。迸气口排气121泵盖叶轮泵壳电机图1单级单作用水环真空泵Fig．1Single-stageandsingle-actingwater-ringvacuumpump水环的形成只受离心力的影响，与偏心无关，所以叶轮旋转时形成了如图2所示的等厚的水环。如果水环适当，所形成的水环刚好与轮

8、毂相切。水环内径面、轮毂、泵壳、和两个相邻的叶片就形成了月牙形的小空间，如图所示分成了若干大小不等的互不相通的小空间。随着叶轮的旋转，右侧小空间的容积由小变大，压力则越来越小，使之与吸气孔相通，就会吸入气体；当这个空间的容积开始由大变小时，使之封闭，吸入的气体就会被压缩；当气体压缩到一定程度后，使该空间与排气孔相通，排出压缩后的气