漸擴(kuò)縫隙開啟角度對三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)流場的影響

羅茨鼓風(fēng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)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(xù)性，羅茨鼓風(fēng)機(jī)造成輸出氣體速度、壓力和流量等出現(xiàn)脈動狀態(tài)，引起內(nèi)部流場的劇烈變化，從而產(chǎn)生較大的噪聲。氣體噪聲主要是由排氣脈動造成，因此國內(nèi)外學(xué)者對羅茨鼓風(fēng)機(jī)噪聲與內(nèi)部流場進(jìn)行了大量的研究。

羅茨鼓風(fēng)機(jī)是一種經(jīng)典雙轉(zhuǎn)子壓縮式機(jī)械，通過兩轉(zhuǎn)子的相對回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)氣體輸送的機(jī)械。轉(zhuǎn)子由葉輪與軸組合而成，轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與機(jī)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(zhuǎn)子由電動機(jī)通過一對同步齒輪驅(qū)動，做等速反向旋轉(zhuǎn)。借助兩轉(zhuǎn)子葉輪的相互嚙合，實(shí)現(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)、排氣口的相互隔斷，葉輪與鼓風(fēng)機(jī)殼體之間圍成封閉的基元容積，將交替與鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)口和出口相同，實(shí)現(xiàn)氣體從進(jìn)口向出口輸送。

為分析方便，將漸擴(kuò)縫隙設(shè)置為統(tǒng)一深度5mm。定義漸擴(kuò)縫隙開啟角度為轉(zhuǎn)子垂直中心線和漸擴(kuò)縫隙起點(diǎn)與轉(zhuǎn)子中心連線之間的夾角。三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)中漸擴(kuò)縫隙開啟角度超過60°,轉(zhuǎn)子與三葉鼓風(fēng)機(jī)殼體之間不能形成密封基元容積，鼓風(fēng)機(jī)失效。所以鼓風(fēng)機(jī)漸擴(kuò)縫隙開啟角度分別設(shè)置為20°、30°、40°、50°、60°。

三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)動時內(nèi)部網(wǎng)格的畸變，采用較大的步長進(jìn)行計算，壓強(qiáng)速度PISO格式關(guān)聯(lián)算法。降低壓強(qiáng)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(jié)果發(fā)散。由庫朗數(shù)定義計算迭代的時間步長，耦合隱式的庫朗數(shù)采用默認(rèn)值。 3不同開啟角度對羅茨鼓風(fēng)機(jī)影響 對幾種不同漸擴(kuò)縫隙開啟角度的鼓風(fēng)機(jī)的數(shù)值模擬，轉(zhuǎn)子模型不變。改變漸擴(kuò)縫隙開啟角度分別為20°、30°、40°、50°、60°。模型的計算區(qū)域由三部分組成：進(jìn)氣部分、旋轉(zhuǎn)部分和排氣部分。在不影響計算結(jié)果的前提下，還對進(jìn)出口進(jìn)行了簡化處理。將進(jìn)出口邊界設(shè)置為壓力進(jìn)出口邊界。轉(zhuǎn)子廓邊界設(shè)定為動邊界。

通過對三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場的數(shù)值模擬，監(jiān)控得出其進(jìn)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(jié)構(gòu)進(jìn)行了修改，但改變的不僅是出口的流量波動，入口的進(jìn)氣量也有細(xì)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(kuò)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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