三螺杆泵流场动力学特性数值模拟

发布时间：2024-03-04 05:45

　　目前对三螺杆泵的研究目标是实现高速、高压、大流量,其中提高三螺杆泵工作压力的重要途径是提高泵螺杆的型线设计和加工精度,严格控制各传动间隙以减少泵的内部泄漏。利用数值计算方法生成主、从动螺杆型线,并在MATLAB软件进行编程验证。在UG软件中建立了主、从动螺杆的三维模型,导入Fluent软件进行流场仿真分析,获得了主、从动螺杆在不同中心距、不同齿顶间隙条件下流道压力的变化和不同螺杆转角所对应的泵内流场压力和流线的分布规律。仿真结果显示:当齿顶间隙由0.1 mm增大至0.2和0.3 mm时,沿轴向距螺杆端面80～100 mm的三螺杆泵压力分别减小3.85%和8.1%,而不同压力差所对应的压力值依次减少16.9%、16.6%和15.4%,且压力差越大,泄漏越大;三螺杆泵的泵腔压力随中心距的增大而波动,当中心距从45 mm增大到45.3 mm时、输出设定压力差为5 MPa的压力值下降10%,而输出设定压力差为4 MPa和3 MPa压力值则分别下降9.7%和9.6%。

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【部分图文】：

图1主动螺杆型线图2从动螺杆型线

在摆线设计三螺杆泵端面型线的基础上,采用直线修正法对从动螺杆的尖点进行修正,修正后的主、从动螺杆的端面形状分别如图1、图2所示。从动螺杆的接触点内移,减小了主、从动螺杆的磨损。直线修正后从动螺杆齿形曲线a′b′的方程式:

图5三螺杆泵的螺杆实体模型

图4从动螺杆齿形线2三螺杆泵流场的计算方法

图6三螺杆泵流场有限元模型

在UG三维软件中,将三螺杆泵螺杆模型通过布尔运算,得到三螺杆泵的三维流体模型,见图6(a)。将模型导入到Fluent软件中划分网格,采用非结构四面体网格形式,具有122万个节点、561万个单元的三螺杆泵的流场网格模型如图6(b)所示。3.2设置边界条件及求解方法

图7流道速度场

通过Fluent对三螺杆泵内部流场进行了仿真分析,结果如图7所示。由于泵腔流体与流道的壁面没有滑移,可以通过图7(a)看出外壁速度几乎为零,入口处速度集中在主、从动螺杆啮合间隙处,说明流体通过入口向出口流动;图7(b)为流道入口截面速度云图,可以发现A区域速度为正值,并且速度比其....

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