طراحی پمپ دنده‌ای کوچک چگونه است؟

0 دیدگاه
طراحی پمپ دنده ای کوچک

طراحی پمپ دنده ای کوچک برای خنک کردن دستگاه‌های الکتریکی که گرما را در هواپیماهای جنگنده تولید می‌کند برای توسعه مدل عددی استفاده شد. عملکرد خنک کننده بالا برای این سیستم‌های خنک کننده هواپیما و وسیله نقلیه موتوری ضروری است [15]. برای اعتبارسنجی مدل، آزمایش‌ها در شرایط مشابه با سرعت چرخش بالا شبیه‌سازی عددی انجام شد. نرخ جریان برای نتایج نظری، عددی و تجربی مقایسه شد.
ما از یک کد دینامیک سیالات محاسباتی تجاری، ANSYS CFX ۱۴.۵، برای شبیه‌سازی شرایط عملیاتی شدید پمپ استفاده کردیم. اجزای اصلی پمپ دنده‌ای در شکل ۱ نشان داده شده است.
پمپ باید با سرعت چرخشی بسیار بالا ۱۰۰۰۰ دور در دقیقه کار کند. برای در نظر گرفتن پدیده‌های جریان در پمپ دنده‌ای، جریان سیال آشفته در نظر گرفته شد. پیش بینی جریان داخلی به دلیل چرخش و فرآیند مش‌بندی چرخ دنده‌ها بسیار پیچیده است.

الگوی جریان سیال در پمپ دنده‌ای

الگوی جریان جریان سیال ناپایدار را نشان می‌دهد. روش تغییر شکل مش و مش‌بندی مجدد از الگوریتمی استفاده می‌کند که بسته به موقعیت دنده و کیفیت مش محلی، یک مش جدید در طول زمان اجرا ایجاد می‌کند.
در هر مرحله زمانی، شبکه به دلیل موقعیت‌های چرخ دنده جدید تغییر شکل می‌دهد و یک روال به طور خودکار تصمیم می‌گیرد که آیا این شبکه بسته به کیفیت مش باید دوباره مشبک شود یا خیر.
در مقایسه با ISM، سطح چرخ دنده به گونه‌ای محاسبه می‌شود که می‌توان ناحیه نزدیک دیوار را با دقت بیشتری توسط مدل‌های آشفتگی درمان کرد. همچنین می‌توان جریان‌های چند فازی را محاسبه کرد.

با این حال، نقطه ضعف اصلی این است که استفاده مجدد در شکاف‌های کوچک تقریباً برای هر افزایش زاویه اجتناب ناپذیر است [16]. اندازه گام زمانی برای محاسبه دقیق تغییر شکل مش باید کوچک باشد. هر بارگیری مجدد نیاز به نتایج درون‌یابی از مرحله زمانی قبلی دارد که می‌تواند منجر به خطاهای درون‌یابی شود.
علاوه بر این، روش مش‌بندی مجدد باید از یک برنامه تولید خودکار شبکه استفاده کند. چنین برنامه‌هایی معمولاً از عناصر مش بدون ساختار استفاده می‌کنند که منجر به تعداد عناصر زیاد در شکاف‌ها یا کیفیت مش ضعیف در شکاف‌ها می‌شود. بنابراین، بدست آوردن یک راه حل همگرا برای شرایط عملیاتی شدید ۱۰۰۰۰ دور در دقیقه با استفاده از تکنیک تغییر شکل مش و مش‌بندی مجدد می‌تواند بسیار دشوار باشد.

طراحی یک پمپ دنده ای کوچک

برای غلبه بر مشکلات عددی از روش جامد غوطه‌ور (ISM) استفاده شد. ISM محاسبه مشکل شکاف کوچک را ساده می‌کند و در زمان محاسبات به میزان قابل توجهی صرفه جویی می‌کند. در طول شبیه سازی، ناحیه همپوشانی در هر مرحله زمانی تعیین می‌شود و منابع تکانه اعمال می‌شود تا سیال را در آنجا مجبور به دنبال کردن حرکت چرخ دنده کند.

مزیت این روش این است که شبکه‌های اولیه می‌توانند برای کل شبیه‌سازی استفاده شوند، زیرا از تغییر شکل مشبک‌سازی یا مش‌بندی جلوگیری می‌شود. ISM به تفصیل در بخش ۲.۱. ۳ توضیح داده خواهد شد.
در کارهای منتشر شده قبلی، شبیه‌سازی دو بعدی یک پمپ دنده‌ ای خارجی توسط یون و همکاران انجام شد. [17] با استفاده از تکنیک ISM. اثرات سرعت چرخشی و فاصله نوک دنده بر بازده حجمی با موفقیت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. تا آنجا که ما می‌دانیم، هیچ مطالعه‌ای در مورد تجزیه و تحلیل CFD یک مدل سه بعدی کامل از یک پمپ دنده‌ای خارجی که با سرعت چرخشی بسیار بالا ۱۰۰۰۰ دور در دقیقه کار می‌کند، گزارش نشده است.

مدل‌سازی عددی

یک پمپ خنک کننده کوچک برای یک هواپیمای جنگنده در مدل عددی استفاده شد. هندسه پمپ مدل شده همانند پمپ واقعی است، همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است. شماتیک پمپ دنده‌ای در شکل ۲ نشان داده شده است، و توضیح دقیق مدل عددی در جدول ۱ ارائه شده است.
پمپ خارجی نوعی پمپ جابجایی مثبت است و با حمل حجم محبوس شده سیال کاری از درگاه ورودی به درگاه خروجی بین چرخ دنده‌ها و بدنه، جریان تولید می‌کند [18].

مشخصات جریان اصلی کاملاً توسط مشخصات دندانی چرخ دنده تعیین می‌شود، بنابراین بسیاری از مطالعات بر روی مشخصات دندانی پمپ دنده‌ای برای بهبود عملکرد و کارایی تمرکز کرده‌اند [19]. پروفیل دندان مورد استفاده در مطالعه حاضر از نوع اینولوت است که بیشترین استفاده را دارد. یک پمپ دنده‌ای از دو چرخ دنده در پیچ تشکیل شده است تا جریان را تولید کند.

طراحی یک پمپ دنده ای کوچک

یک دنده دنده محرک است که توسط یک موتور الکتریکی خارجی نیرو می‌گیرد. دنده دیگر دنده محرک است که با دنده محرک مش می‌شود. پمپ از نظر هیدرواستاتیک متعادل است و با سرعت چرخشی بسیار بالا ۱۰۰۰۰ دور در دقیقه کار می‌کند.
هنگامی که سیال خنک کننده از دستگاه‌های الکتریکی عبور می‌کند و سرعت جریان ثابت است (۲۶.۵ لیتر در دقیقه) حداکثر افزایش دمای سیال خنک کننده (۱۸ تا ۳۵ درجه سانتیگراد) ثابت می‌شود. پمپ همچنین دارای یک ورودی دایره‌ای و دو خروجی مستطیلی می‌باشد. عملکرد یک پمپ دنده‌ای باعث ایجاد مکش (فشار کمتر) در سمت مکش پمپ می‌شود تا سیال از طریق ورودی پمپ وارد پمپ شود. فشار مکش ثابت ۶۸۹۵ Pa (۱ psi) در ورودی تشکیل می‌شود.

عملکرد پمپ دنده داخلی همچنین با بیرون راندن سیال از خروجی فشار بیشتری را در سمت تخلیه پمپ ایجاد می‌کند. فشار تحویل ثابت ۶۸۹۴۷۳ Pa (۱۰۰ psi) در خروجی شکل می‌گیرد. این پمپ دنده‌ ای طوری طراحی شده است که خارج از مرکز را در نظر بگیرد، همانطور که در شکل ۲ (a) نشان داده شده است. محورهای چرخش چرخ دنده به سمت درگاه خروجی خارج از مرکز هستند تا نشتی در آنجا کاهش یابد.

جهت جریان درگاه ورودی عمود بر درگاه خروجی است، همانطور که در شکل ۲ (ب) نشان داده شده است، که باعث می‌شود شبیه‌سازی‌ها به صورت سه بعدی انجام شوند. ۲.۱. ۱. دامنه محاسباتی برای شبیه‌سازی عددی کد ANSYS CFX ۱۴.۵ مورد استفاده برای شبیه‌سازی‌ها بر اساس روش حجم محدود (FVM) است. حوزه محاسباتی شامل فرورفتگی ورودی و خروجی در هندسه سه بعدی برای پیش بینی واقعی‌تر مقادیر فشار و نرخ جریان و تحلیل نقش آن‌ها در جریان است.

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 *