【摘 要】
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双螺杆泵是一种旋转容积式泵,具有增压能力强、工况适应性好,且能够输送高粘流体的优点,在液压、化工等领域得到广泛应用。然而,其水力效率相对于离心泵还较低,一方面是由于当前理论及数值模型对其工作性能的预测精度不够,导致对其结构和工况优化程度较低;另一方面是对其内部流动机理还不清楚,难以提出高性能的优化方案。因此,本文采用动网格技术,采用PUMPLINX对一双吸式双螺杆混输泵进行了数值模拟,搭建了实验平
【基金项目】
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国家自然科学基金(51839010); 陕西省自然科学基础研究计划-引汉济渭联合基金(2021JLM-55); 清洁能源与生态水利工程研究中心项目(QNZX-2019-06); 新疆水专项(2020.C-001); 清洁能源与生态水利工程研究中心项目(QNZX-2
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双螺杆泵是一种旋转容积式泵,具有增压能力强、工况适应性好,且能够输送高粘流体的优点,在液压、化工等领域得到广泛应用。然而,其水力效率相对于离心泵还较低,一方面是由于当前理论及数值模型对其工作性能的预测精度不够,导致对其结构和工况优化程度较低;另一方面是对其内部流动机理还不清楚,难以提出高性能的优化方案。因此,本文采用动网格技术,采用PUMPLINX对一双吸式双螺杆混输泵进行了数值模拟,搭建了实验平台测试了其工作性能,对其精度进行了验证,分析了出口压力、转速和间隙参数对其水力性能和流场特性的影响。主要研究内容和结论总结如下。(1)通过数值模拟和实验研究了出口压力对其性能和流场的影响。结果表明:随着出口压力的增大,双螺杆泵的流量、容积效率和水力效率均降低,泵的功率增大。出口压力的增大导致泵的泄漏量增大,泄漏损失增加,效率降低。螺杆泵各个工作腔内的压力分布均匀,间隙内的压力呈线性分布,从吸入侧至排出侧其压力呈现阶梯状上升,左右两侧工作腔内的压力呈对称分布。随着出口压力的增加,三个间隙的泄漏速度都随齿腔间的压差增大而升高。排液腔出口处阴阳转子的交替射流引发排液管内出现四个对称的涡;随着压力的升高,流量降低,射流量减低,涡的面积和强度降低。(2)基于数值模拟和试验结果,研究了转速对其性能和流场的影响。结果表明:流量、功率、容积效率和水力效率随着转速的增加而增加。性能升高的原因在于其相对泄漏随着转速的升高而降低。转速对腔内压力分布的影响较小,因此间隙内泄漏速度随转速的变化也不大,但由于转速的提高,泄漏的时间降低,相对泄漏量降低。当转速提高时,流量增大,工作腔内流体速度升高,最后一个工作腔出口的射流速度增大,导致出口管内的速度、涡强度和面积增大。(3)采用数值模型计算了三种间隙同时从0.1mm增大至0.16mm时螺杆泵的水力性能和内部流场,分析了间隙对其性能和流场的影响规律。结果表明:间隙对双螺杆泵的性能具有显著影响,当间隙从0.1mm增大至0.16mm时,容积效率下降了 15%,水力效率下降了 9%。齿顶的泄漏速度随间隙尺寸先增大后降低,在0.14mm时达到最大值。随着间隙的增大,泄漏量升高,排液腔的流量降低,其排液管中的涡的强度也降低,在间隙为0.1mm时,涡最大,在0.16mm时,涡消失。
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