渦旋真空泵是利用渦旋原理研制的一種真空獲得設(shè)備，它利用容積的變化來實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮與輸運(yùn)。渦旋真空泵主要由動、定渦旋盤與機(jī)座、曲軸、渦旋盤頂部密封條、防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及驅(qū)動電機(jī)等部件組成。

　　作為一種新型清潔無油真空獲得設(shè)備，渦旋真空泵由于結(jié)構(gòu)方面的原因，性能影響因素比較多。在對各部件進(jìn)行設(shè)計時，既要考慮各部件之間嚴(yán)格的公差配合，保證泵的正常運(yùn)行，達(dá)到要求的極限真空度和抽速，又要保持在抽真空過程中低振動、低泄漏量、高壓縮比等諸多性能。這樣，在設(shè)計優(yōu)化階段對渦旋真空泵進(jìn)行相關(guān)參數(shù)模擬分析就顯得很有必要。

　　本文通過對渦旋真空泵運(yùn)行過程中動、定渦旋盤嚙合形成的月牙形封閉壓縮腔內(nèi)流場的模擬，分析渦旋真空泵內(nèi)部的壓力場分布情況和排氣口速度場分布情況。模擬分析主要采用有限元分析軟件ANSYS 和C++語言進(jìn)行。

圖1 渦旋真空泵工作過程模擬

1、渦旋真空泵工況分析及試驗(yàn)條件的簡化

1.1、工況分析

　　渦旋真空泵對氣體的壓縮輸運(yùn)過程主要是低壓氣體被從大定渦旋盤上開設(shè)的吸氣口吸入，在動、定渦旋盤圍成的月牙形封閉壓縮腔中對氣體封閉、壓縮、輸運(yùn)，隨動渦旋盤經(jīng)1440°旋轉(zhuǎn)后，壓縮氣體由大定渦旋盤中心處的排氣口排出。在渦旋真空泵運(yùn)行期間，月牙形封閉壓縮腔內(nèi)氣體的壓力場和速度場呈周期性變化。

1.2、實(shí)驗(yàn)條件簡化模型

　　在ANSYS中采用直接建模的方法，依據(jù)渦旋真空泵實(shí)際原形大小，結(jié)合排氣口的結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)，參照相應(yīng)的簡化模型尺寸建模，最后得到比較合理的排氣口速度場圓臺狀的三維模型，采用精細(xì)度最適宜的智能網(wǎng)格劃分方法，施加邊界條件后生成三維有限元立體模型如圖2 所示。

圖2 排氣口速度場有限元立體模型圖

2、速度場的ANSYS模擬結(jié)果

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)�擬基本參數(shù)設(shè)定為：電機(jī)功率750W，排氣口壓力101350Pa ，轉(zhuǎn)速1450r/min ，流量8L/s ，泵材質(zhì)為鋁合金，重量36kg，極限真空度為1Pa。

　　模擬過程中采用國際統(tǒng)一單位：米、帕斯卡、秒、開爾文、牛頓、千克等，具體使用的主要參數(shù)為：空氣密度為2.7^{- 6}，粘滯系數(shù)為2^{- 5}, 紊流動能取值-1，紊流能量耗散率取值-1。

　　通過流量計算, 得出排氣口速度為212m/s，采用FLOTRAN CFD模塊和定義單元類型3DFLOTRAN 142,在ANSYS中對排氣口速度場進(jìn)行工況模擬，結(jié)果如圖3所示：