تئوری دبی محاسبه‌ شده توسط شبیه سازی چرخ دنده‌های پمپ دنده ای

0 دیدگاه
تئوری دبی محاسبه‌شده توسط شبیه سازی چرخ دنده های پمپ دنده ای

دبی تئوری محاسبه شده، فاصله نوک چرخ دنده از بدنه چرخ دنده، فاصله پوسته چرخ دنده، خروج از مرکز محوری چرخ دنده‌ها و تلفات جریان داخلی مانند اصطکاک و تغییرات در عبور جریان پمپ چرخ دنده‌ای  را در نظر نمی‌گیرد. به این دلایل، دبی تئوری بیشتر از دبی تجربی و عددی است.
شبیه‌سازی عددی با استفاده از حالت مرجع انجام شد. در تمام موارد شبیه سازی، فشار مکش ثابت و فشار تحویل به ترتیب ۶۸۹۵ Pa (۱ psi) و ۶۸۹.۴۷۳ Pa (۱۰۰ psi) است.
نتایج عددی روند مشابهی را با داده‌های تجربی نشان می‌دهد اما با تفاوت جزئی در محدوده‌های ۶۰۰۰-۸۰۰۰ دور در دقیقه و ۱۰۰۰۰-۱۲۰۰۰ دور در دقیقه. روند افزایشی نرخ جریان از آزمایش تقریباً خطی در ۶۰۰۰-۱۰۰۰۰ دور در دقیقه نشان می‌دهد، در حالی که سرعت جریان در ۱۰۰۰۰-۱۲۰۰۰ دور در دقیقه به تدریج کاهش می‌یابد. به طور کلی، گزارش شده است که فشار تحویل با افزایش سرعت چرخش افزایش می‌یابد [3].
فرض بر این است که فشار تحویل بالا در سمت تخلیه، به دلیل سرعت چرخش بالا، هر دو محور چرخ چرخ دنده‌ها را به سمت مکش سوق می‌دهد [4].
بنابراین، نشتی رخ می‌دهد زیرا حرکت محور چرخ چرخ دنده‌ها باعث افزایش شکاف بین نوک دندانه‌های چرخ دنده و محفظه نزدیک درگاه تخلیه می‌شود.
علاوه بر این، نشتی از گذرگاه‌های داخلی بین وجه‌های جانبی چرخ دنده و وجه‌های داخلی بلوک یاتاقان به دلیل فشار تحویل بالا در سمت تخلیه افزایش می‌یابد.
با این حال، پمپ دنده ای در شبیه سازی به عنوان حرکت بدنه صلب در نظر گرفته می‌شود.
بنابراین، افزایش شکاف ناشی از حرکت محور چرخ چرخ دنده‌ها منعکس نمی‌شود و با افزایش سرعت چرخش، نرخ جریان عددی به صورت خطی افزایش می‌یابد.

تئوری دبی محاسبه‌شده توسط شبیه سازی چرخ دنده های پمپ دنده ای

 ویژگی‌های جریان پمپ

برای مشاهده الگوی جریان سه بعدی پمپ چرخ دنده ای، چندین صفحه مقطعی در نظر گرفته شده است.
شکل ۸ سه سطح مقطع متوالی را در هر خروجی نشان می‌دهد. مقادیر متوسط سرعت (uavg) در خروجی صفحات مقطع برای تجزیه و تحلیل اثر تغییرات در ارتفاع فیزیکی پمپ به دست آمد.
ارتفاع هر صفحه مقطع متوالی (در جهت z) از مختصات محلی نشان داده شده در شکل ۲ اندازه‌گیری شد.
(ب). نتیجه در شکل ۹ نشان داده شده است.
با فرض اینکه جریان داخلی در درگاه خروجی مشابه جریان کانال‌ها باشد، حداکثر سرعت در مرکز خروجی اندازه‌گیری می‌شود.
با این حال، بر خلاف انتظارات ما، حداکثر سرعت در مکان‌های P۱ و P۶ رخ می‌دهد.
مشخص است که سیالات در حجم‌های فضای دندانی (TSVs) [4] تغییر قابل توجهی در سرعت به دلیل دو خروجی تقسیم شده پمپ چرخ دنده‌ای تجربه می‌کنند.
در نتیجه، حداکثر سرعت در خروجی‌ها در مکان‌های P۱ و P۶ در سطوح مقطع به دست می‌آید.
همچنین، میانگین سرعت در مکان‌های P۴، P۵ و P۶ کمی بیشتر است (که نشان دهنده اتلاف سیال کمتری است) از سرعت‌های P۳، P۲ و P۱.
این به این دلیل است که خروجی‌های P۴، P۵ و P۶ در مقایسه با خروجی‌های P۳، P۲ و P۱ به درگاه مکش نزدیک‌تر هستند.
سرعت متوسط اندازه‌گیری شده از خروجی هر صفحه مقطع تقریباً ۱۰۶٪، ۱۰۷٪ و ۱۰۸٪ افزایش می‌یابد که مکان اندازه‌گیری از P۳ به P۴، P۲ به P۵ و P۱ به P۶ منتقل شود.
شکل ۱۰ نتایج مورد مرجع و همچنین بردارهای سرعت و خطوط فشار را در سطح مقطع P۱ در یک مرحله زمانی خاص ارائه می‌کند.
جریان نوسان به وضوح در درگاه خروجی مشاهده می‌شود.

تئوری دبی محاسبه‌شده توسط شبیه سازی چرخ دنده های پمپ دنده ای

با این حال، جریان سیال محاسباتی رفتارهای پیچیده‌ای مانند گرداب‌های نوک چرخ دنده را نشان نمی‌دهد.
یکی از معایب اصلی ISM این است که نتایج برای جریان‌های آشفته در ناحیه نزدیک دیوار کافی نیست [16،24،25].
در طول شبیه سازی، سطوح جامد غوطه‌ور شده به صراحت توسط مش حل نمی‌شوند.
علاوه بر این، یک تابع دیوار را نمی‌توان در مرز یک جامد غوطه‌ور اعمال کرد. به این دلایل، کیفیت شبیه‌سازی ISM ممکن است پایین‌تر از کیفیت باشد.
روش تغییر شکل و مش‌بندی مجدد که از استفاده از مرزهای دیوار برای جداسازی مستقیم سطوح جامد پشتیبانی می‌کند.
بنابراین، شبیه‌سازی عددی مبتنی بر تکنیک ISM در انعکاس رفتار جریان ظریف در مقایسه با تغییر شکل مش و مش‌بندی مجدد مشکل دارد [12-14].
در یک پمپ واقعی، شیارها (یا فرورفتگی‌ها) روی سطوح داخلی بلوک‌های یاتاقان طراحی می‌شوند.
این شیارها برای جلوگیری از اثرات نامطلوب در طول فرآیند مش‌بندی طراحی شده‌اند [22]. پمپ چرخ دنده‌ای مورد استفاده در شبیه‌سازی‌های عددی ما شیارهای محیطی برای اتصال TSVها و درگاه خروجی ندارد، اما بین طرف جانبی چرخ چرخ دنده‌ها و بلوک یاتاقان به ترتیب در درگاه ورودی و خروجی فرورفتگی‌هایی وجود دارد.

0 پاسخ

دیدگاهتان را بنویسید

می خواهید در گفت و گو شرکت کنید؟
خیالتان راحت باشد :)

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *