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内部旋转泵的CFD建模
发布于2001年11月14日星期三:06:18PM
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Application The 内部旋转泵 是一个常用的正排量型器件 泵在汽车发动机中的油。为了一个简单的积极 位移装置,它表现出相对低的脉动相比 其他齿轮式泵。 内部旋转泵具有内齿轮(惰轮)偏心地安装在更大的齿轮(转子)内。当齿轮齿脱落时产生泵送动作,使齿轮齿腔膨胀(流入)和网格,使齿轮齿腔(流出)。


通用内部旋转泵。 (礼貌 pumpschool.com.)

内部旋转泵实际上用于所有容量和压力。内部旋转泵可以以不同的速度操作,并且反向提供大量的柔韧性。处理具有良好润滑值的液体时内旋转泵的机械效率良好。整体效率随流速和排放压力的增加至最大值约为75%。


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研究的泵是一种专用类内旋泵的示例,其利用摆线齿轮型材[PDF文件]。这意味着通过滚动而没有滑动,围绕较大的固定圆圈的圆形产生齿轮轮廓。通常,以这种方式产生外齿轮或移动层,并且内齿轮是外齿轮的缀合形。这导致术语产生 - 转子或Gerotor泵。

在这个例子中,有九个叶片 内齿轮的外齿轮和八个叶片。外齿轮最大直径约为45mm,内齿轮最大直径约为41毫米。转子厚度为10mm,外齿轮以1000rpm旋转。工作流体是油,流动是湍流。

使用CFX-Tascflow中的移动网格能力进行分析Gerotor泵。当使用移动网格特征时,控制方程中包含附加术语以考虑网格的移动。这些术语占每个网格节点的速度,因为网格节点的位置随时间而变化。网格拓扑和节点数量保持不变,而每个时间步来的节点位置和速度会发生变化。

写入CFX-Tascool宏以创建初始 转子中的结构化网格使用从文件导入的齿轮轮廓。转子网格在CFX-Tascflow Flow求解器中通过用户可访问的子程序更新。该子程序在每次步骤的开始时调整转子节点位置。最小网格偏斜约为20度,而最大纵横比约为24:1。


Gerotor泵中的变形计算网格。

在内部和外部使用0.5毫米的最小间隙 齿轮,但实际的间隙是 大约一个数量级。后来模拟将尝试确定允许间隙的限制。限制因素 可能是网格宽高比和几何精度。高方面 比率可能需要使用双精度的流动求解器。

CFX-Hexa用于创建简单的进气口和出口网格。 使用非匹配的网格界面将进气口网连接到转子电网。 在转子网格移动到新位置后,通过CFX-Tascflow更新网格接口。 使用指定的总压力入口和静压出口来限定流边界条件。出口压力比的入口指定为10 psi。


口径和转子的流动条线按速度呈上色。
较低的速度为蓝色,速度更高为红色。

理论上,应最佳地设计流型泵,但是,齿轮啮合产生的损失和进气口和输出端口的影响降低了泵的效率。 CFD可用于分析这些损失,并制作可以提高性能的设计修改。在上面的绘图中,在进气口,转子和输出端口中看到流动阶段。可以很容易地看到,转子附近的进气口和输出端口的流量不流动,因此而不是最佳的。


端口和转子的静压。
较低的压力是蓝色的,压力较高。

在上述静压的曲线图中,显然,在齿界面上存在大的压力梯度,因为它从摄入到出口端口进行了齿界面。压力梯度驱动反向导致泄漏的相反的流动,从而降低了泵的效率。

该Gerotor泵的CFD分析显示了进气口和输出端口和转子中的详细流动特性。通过测试实现困难,昂贵,耗时的这种观察结果。 CFD分析显示为优化这类液压机设计的有效工具。

Rob Broberg专门从事CFD涡轮机械应用 ANSYS CFX. in 滑铁卢,安大略省,加拿大。他可以在Ansysinfo@ansys.com上到达他。

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