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1、基于 CFD 的液环真空泵两相流动性能分析管俊，女 1985 年 12 月生，硕士研究生。广东省广州市，510640 液环真空泵内的流动属于十分复杂的气液两相流。现有液环泵小泵效率一般为 30%45%，大泵也只能达到 50%左右。造成液环真空泵能耗高、效率低的主要原因是泵内气液两相流产生了较大的水力损失，而现有的理论及分析手 22 液环真空泵主要设计参数选取一种单级单作用、径向吸排气的液环真空泵作为研究对象，其主要设计参数见表 1 表 1 液环真空泵主要设计参数参数数值进水管直径d/m 进、出气段直径 D/m 泵体轴向长度/m 叶轮叶片角卩八）宽度B/m（续表 1）参数数值叶轮半径 r/m 轮
2、毂半径 1/m 偏心距 e/m 叶片厚度次 m 叶片数 z 3 操作参数及介质物性参数选取水和空气作为液环真空泵的液相和气相，假设液相为不可压流体气相为理想气体。介质物性及操作参数见表 23 表 2 两种工作介质物性参数水空气理想气体比热 kg.导热系数/W.m 温度/K 表 3 两种工作介质操作参数转速广 mirr 1 位置压力/Pa 进水进气排气进水进气排气进水进气排气进水进气排气 24 计算模型及边界条件处理应用 P/E 对选取的液环泵各部件进行三维建模。在此基础上得到液环泵流动域的三维实体造型，如所示。考虑到液环泵轴向两侧流动的独立性及节省计算资源，仅研究液环泵其中一侧的流动。液环泵流
3、动域的三居实体造型将 P/E 制作的液环泵流动域三维实体导入流动软件 CEM 进行结构非结构网格单元划分，共计468659 个网格单元和 129 568 节点图将叶轮区域设在 CFX 提供的移动网格坐标系，其余区域设在固定坐标系。边界条件采取如下设置：a 所有进口采用压力进口；b 所有出口采用压力出口；C 壁面条件采用无滑移固壁条件，并使用标准壁面函数法确定固壁附近流动。两相流动、湍动能及湍流耗散率的离散格式均取二阶迎风格式。液环泵流动域的计算网格划分 3 计算结果及其分析经历了一段时间 CFX 计算收敛后，作为示例，给出了在泵入口压力 96325Pa转速为 372r/mn 下液环泵气液两相分
4、布图。由可以液环泵内气液两相分布图看出，由于离心力的作用，重相液体被甩向泵体四周，轻相气体则集中在叶轮轮毂附近；十轮内形成一个有相当厚度的气液分界面，其形状大小与传统理论分析的结果相似。液环真空泵在 4 种转速下进气量和进水量与不同进气压力的关系如所示。由可以看出，随着转速的增大和进口压力的升高，液环真空泵的进气量逐渐上升，其上升的幅度随着压力的增大而增大；随着转速的增大，液环泵的进水量逐渐上升，随着进口压力的升高，液环泵的进水量是逐渐降低的，其下降的幅度比较均匀。模拟所得结果趋势与常规实验结果相似。不同转速下进口气量、水量趋势结论本文运用多相流欧拉分析方法，模拟分析计算一单级单作用、径向吸排气的液环真空泵气液两相流分布问题。计算结果表明，离心力的作用使叶轮内形成一个有相当厚度的气液分界面，重相液体被甩向泵体四周，轻相气体则集中在叶轮轮毂附近。文中计算了不同转速下的液环真空泵两相流动性能，得到了 4 种转速下进气量和进水量与不同进气压力的关系，其结果趋势与常规实验结果相似。综上所述，本文所采用的分析方法和手段，可以较好地模拟计算液环真空泵稳态气液两相流动问题，对实现产品的优化设计具有重要的工程指导作用。
