羅茨鼓風機性能優化和內部流場的數值研究

山東錦工有限公司是一家專業生產羅茨鼓風機、羅茨風機、回轉風機等機械設備公司，位于有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工致力于新產品的研發，新產品雙油箱羅茨鼓風機、水冷羅茨鼓風機、油驅羅茨鼓風機、低噪音羅茨鼓風機，贏得了市場好評和認可。

羅茨鼓風機是在國民經濟領域應用十分廣泛的一種重要的工業設備。隨著經濟的高速發展,市場對羅茨鼓風機的需求量不斷增加,同時也對羅茨鼓風機的性能提出了更高的要求,因此研究如何進一步提高羅茨鼓風機的性能對推進羅茨鼓風機的發展和拓寬其應用領域具有非常重要的意義。為了進一步改善羅茨鼓風機的性能和深入了解羅茨鼓風機內部流動的實際狀況,本論文針對上述問題進行了一定的探討和分析,總結出一些分析方法和實用性的結論,研究結果對提高羅茨鼓風機的容積效率、減小羅茨鼓風機的噪聲和降低羅茨鼓風機的排氣溫度等具有一定的參考價值。

本論文研究的主要內容為:羅茨鼓風機轉子型線和機殼結構的設計;羅茨鼓風機的氣流脈動分析;羅茨鼓風機內部流場的數值分析方法;轉子型線對羅茨鼓風機性能影響的研究;漸擴縫隙羅茨鼓風機內部流場的數值分析;逆流冷卻羅茨鼓風機的性能分析。

本論文取得的主要結果如下:

1.以CFD軟件FLUENT為工具,采用RNG k-ε湍流模型和PISO算法,對羅茨鼓風機內部氣流流場進行了可壓縮非定常流動的數值模擬,數值模擬與理論分析的對比結果驗證了本論文所討論的數值分析方法具有良好的準確度和可靠性。結果表明:基于動網格技術的風機內部流場的動態數值模擬,能較真實地反映風機內部湍流流動的流場分布和氣流脈動的特征規律,這種方法可為羅茨鼓風機內部氣流的特性分析提供有價值的參考。

2.為了探討轉子型線對羅茨鼓風機性能的影響,選取相同設計參數的三葉圓弧型和漸開線型轉子型線的羅茨鼓風機為研究對象,采用理論分析和數值分析相結合的方法,對比分析了兩轉子型線各自的優缺點。結果表明:轉子型線對羅茨鼓風機性能的影響起著重要作用,圓弧型轉子型線齒頂密封性能較差,面積利用系數低,理論流量和容積效率不如漸開線型轉子型線,但其卻具有噪聲低的優點。

3.利用FLUENT軟件對帶漸擴縫隙預進氣結構機殼的羅茨鼓風機內部流場進行了可壓縮非定常流動的數值模擬,其較真實地反映了帶漸擴縫隙預進氣結構機殼的羅茨鼓風機內部湍流流動的流場分布和氣流脈動的特征規律。計算結果表明:漸擴縫隙這種殼體結構的優化設計確實能夠削弱甚至避免排氣口處高壓氣體的急劇回流,降低排氣過程中的氣體動力性噪聲。

4.為了研究逆流冷卻技術對羅茨鼓風機性能的影響,采用理論分析和數值分析相結合的方法,分析了逆流冷卻羅茨鼓風機的特點。數值分析基于FLUENT軟件,采用動網格方法對三葉圓弧線型的逆流冷卻羅茨鼓風機內部流場進行了可壓縮非定常流動的數值模擬。分析結果表明:逆流冷卻技術對羅茨鼓風機性能的改善起到了重要作用,它不僅可以降低羅茨鼓風機的排氣溫度,提升羅茨鼓風機的排氣壓力,而且能夠削弱甚至避免排氣口處高壓氣體的急劇回流,降低排氣過程中的氣體動力性噪聲。

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