真空發(fā)生器性能仿真與實驗分析

真空發(fā)生器性能仿真與實驗分析該文運用數(shù)值仿真與實驗的方法研究了進口壓力與出口壓力對真空發(fā)生器性能的影響。結(jié)果說明，進口壓力與出口壓力對其真空度的影響較大，且存在一個最正確臨界值使得其真空度最大。耗氣量隨著進口壓力的增大而增大，但其隨著出口壓力的增大基本保持不變。

引言

真空發(fā)生器是一種利用氣體高速噴射流產(chǎn)生的卷吸作用，使密閉容器內(nèi)產(chǎn)生一定真空的元件。真空發(fā)生器具有小型、高效、經(jīng)濟、清潔及安全等特點，廣泛應用于包裝、印刷、醫(yī)藥、汽車、機器人等工業(yè)自動化領(lǐng)域，尤其在非平面、輕柔、易碎等物體的抓取方面具有獨特優(yōu)勢。

真空發(fā)生器的工作參數(shù)直接影響其性能的發(fā)揮，本文運用CFD數(shù)值仿真與實驗相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地研究進口壓力與出口壓力對其性能的影響規(guī)律。

真空發(fā)生器的構(gòu)造及工作原理

真空發(fā)生器主要由噴嘴、吸入室、混合室及擴壓室組成，其構(gòu)造簡圖如圖1所示。壓縮空氣在短圓管中高速流動時，與外界的熱交換較小，可近似為一元定常等熵過程，其能量方程為

圖1真空發(fā)生器構(gòu)造簡圖

由式(1)可知，通過提高氣體流速可降低其氣壓，當流速升高到一定程度時，其氣壓低于大氣壓，即產(chǎn)生真空。由式(2)可知，通過改變流道截面積可以改變氣體流速。當M1(超音速)，流速與流道截面積成正比，即流道截面積增大，流速增大;當M=1(音速)，流速到達臨界流速，流道截面最小。工作流體以亞音速從P口進入噴嘴，經(jīng)過噴嘴的漸縮管增速，流至噴嘴喉管時到達音速，經(jīng)過噴嘴的漸擴管繼續(xù)增速，流出噴嘴后流速到達最大且為超音速，壓力最小，產(chǎn)生的低壓抽吸H口的引射流體，在此處高速的工作流體與低速的引射流體混合，開展動能交換，引射流體被加速，工作流體減速，至此流體加速過程結(jié)束，超音速的流體經(jīng)過混合室漸縮管開始減速，到達混合室喉管后流體的流速逐漸均勻，出混合室喉管時流速基本均勻且減為亞音速，隨后，經(jīng)混合室漸擴管繼續(xù)減速，出混合室漸擴管時流體壓力基本接近大氣壓，從而降低了噪聲。

由真空發(fā)生器的工作原理可知，其性能的充分發(fā)揮與工作參數(shù)有很大關(guān)系，工作參數(shù)主要包括進口壓力與出口壓力。性能主要包括真空度、耗氣量、吸入流量及吸著響應時間。本文通過數(shù)值仿真及試驗的方法研究工作參數(shù)對其性能的影響規(guī)律。

結(jié)論

(1)當出口壓力pc保持不變及引射口密封時，進口壓力pp存在一個最正確臨界值p*p。當ppp*p時，混合室內(nèi)形成壅塞流，真空度隨著pp的增加卻緩慢減小。

(2)當進口壓力pp保持不變及引射口密封時，出口壓力pc也存在一個最正確臨界值p*c。當pcp*c時，混合室內(nèi)壅塞流消失，但馬赫數(shù)逐漸降低，最大真空度逐漸減弱，直到降為零。

(3)隨著進口壓力的增大，耗氣量近似線性增大