漸擴縫隙開啟角度對三葉羅茨鼓風機流場的影響

漸擴縫隙開啟角度對三葉羅茨鼓風機流場的影響

羅茨鼓風機具有結構簡單、制造方便的特點，被廣泛應用于較低壓力、大流量的氣體輸送場合。由于輸送氣體的不連續性，羅茨鼓風機造成輸出氣體速度、壓力和流量等出現脈動狀態，引起內部流場的劇烈變化，從而產生較大的噪聲。氣體噪聲主要是由排氣脈動造成，因此國內外學者對羅茨鼓風機噪聲與內部流場進行了大量的研究。

羅茨鼓風機是一種經典雙轉子壓縮式機械，通過兩轉子的相對回轉實現氣體輸送的機械。轉子由葉輪與軸組合而成，轉子之間、轉子與機殼及墻板之間具有微小縫隙，以避免由于接觸造成的磨損。兩轉子由電動機通過一對同步齒輪驅動，做等速反向旋轉。借助兩轉子葉輪的相互嚙合，實現鼓風機進、排氣口的相互隔斷，葉輪與鼓風機殼體之間圍成封閉的基元容積，將交替與鼓風機進口和出口相同，實現氣體從進口向出口輸送。

為分析方便，將漸擴縫隙設置為統一深度5mm。定義漸擴縫隙開啟角度為轉子垂直中心線和漸擴縫隙起點與轉子中心連線之間的夾角。三葉羅茨鼓風機中漸擴縫隙開啟角度超過60°,轉子與三葉鼓風機殼體之間不能形成密封基元容積，鼓風機失效。所以鼓風機漸擴縫隙開啟角度分別設置為20°、30°、40°、50°、60°。

三葉羅茨鼓風機的轉動屬于高速可壓縮流動，同時考慮其收斂性，采用耦合隱式求解器。 內部流場流動特性方程使用二階精度格式，其他方程使用一階精度離散，Pressure需采用二階精度的PRESTO算法。為了減小葉片轉動時內部網格的畸變，采用較大的步長進行計算，壓強速度PISO格式關聯算法。降低壓強動量、湍流耗散率和湍流動能的亞松弛缺省值，以避免計算結果發散。由庫朗數定義計算迭代的時間步長，耦合隱式的庫朗數采用默認值。 3不同開啟角度對羅茨鼓風機影響 對幾種不同漸擴縫隙開啟角度的鼓風機的數值模擬，轉子模型不變。改變漸擴縫隙開啟角度分別為20°、30°、40°、50°、60°。模型的計算區域由三部分組成：進氣部分、旋轉部分和排氣部分。在不影響計算結果的前提下，還對進出口進行了簡化處理。將進出口邊界設置為壓力進出口邊界。轉子廓邊界設定為動邊界。

通過對三葉羅茨鼓風機內部流場的數值模擬，監控得出其進氣口流量的曲線圖，如圖4所示。可以看出，雖然對出口殼體結構進行了修改，但改變的不僅是出口的流量波動，入口的進氣量也有細微變化，主要是各個階段的幅值有小幅度變化，最大幅值除了漸擴縫隙開啟角度50°的稍大些外，其余各工況均相差不大。

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