پمپ پیچشی دوقلو، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه (پیچشی دوقلو)

هدف از مسأله حضور، شبیه سازی عددی یک پمپ پیچشی دوقلو (twin screw pump) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

پمپ پیچشی دوقلو به عنوان یک پمپ جابه‌جایی مثبت (positive displacement) محسوب می‌شود. بدین معنا که پمپ حجم خاصی از سیال را با توجه به سرعت و گام پیچ‌ها منتقل می‌کند. درحین چرخش، دو پیچ محفظه‌های بسته‌ای را تشکیل می‌دهند که در جهت محوری حرکت می‌کنند.

این حرکت باعث ایجاد خلاء (vacuum) در مرز ورودی و فشار مثبت در مرز خروجی می‌شود. با توجه به تکنولوژی این محفظه دوگانه، تقریباً کار بدون ضربان یا پالس با سیال دارای ویسکوزیته بالا و پایین وجود دارد.

به عبارت دیگر، پمپ‌های پیچشی دوقلو با استفاده از دو روتور پیچشی خلاف جهت که برای چرخش به سمت یکدیگر طراحی شده‌اند، کار می‌کنند. این نوع جرکت گاز را در فضای بین پیچ روتورهای آنها به تله می‌اندازد. با چرخش پیچ‌ها، این حجم به تله افتاده کاهش می‌یابد، و سیال را فشرده می‌کند و به سمت اگزوز حرکت می‌دهد.

مسأله حاضر، پمپاژ سیال با ویسکوز بالا (به عنوان مثال، گلیسیرین) را شبیه سازی می‌کند. در این پروژه، سیال گلیسیرین (Glycerin) به دلیل چرخش پیچ‌ها در داخل دامنه محاسباتی مکش می‌شود. پمپ پیچشی دوقلو فشار گلیسیرین را افزایش می‌دهد و آن را به سمت خروجی هل می‌دهد.

هندسه این مدل با استفاده از نرم افزار سالیدورک (solidwork) طراحی شد و سپس در نرم افزار انسیس دیزاین مدلر (ANSYS Design Modeler) ویرایش شد. این مدل مروط به یک پمپ پیچشی دوقلو و شامل دو ناحیه دوار و یک ناحیه ثابت (پوسته پمپ) است.

سپس مدل با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) مش بندی می‌شود. مش بندی مدل از نوع بدون سازمان (unstructured) است و تعداد 1184161 سلول ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

در این شبیه سازی، باید حرکت چرخشی (rotational motion) پمپ تعریف شود. به جای این که حرکت روی خود روتور پمپ اعمال شود، به سیال اطراف اعمال می‌شود. بنابراین، یک ناحیه محاسباتی متمایز در شرایط ناحیه سلولی (cell zone conditions) ایجاد می‌شود تا حرکت چرخشی را تعریف کند.

این کار با استفاده از روش مش متحرک (Mesh Motion) انجام شده است و سرعت چرخش 3 رادیان بر ثانیه تعریف شده است.

همچنین در مرز ورودی و خروجی پمپ از شرایط مرزی فشاری استفاده می‌شود؛ زیرا حرکت سیال در داخل پمپ به صورت اجباری نیست و انتقال سیال با توجه به تغییرات فشار صورت می‌گیرد.

نتایج

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای (contour) دوبعدی و سه بعدی مربوط به سرعت و فشار به دست می‌آید. همچنین، خطوط جریان (streamline) در اطراف روتورها به دست می‌آید. نتایج نشان می‌دهد که جریان سیال در اثر فشار جابجا می‌شود.

حرکت روتور باعث ایجاد فشار مکشی در ورودی پمپ شده و آن را به سمت خروجی پمپ می ‌راند. همچنین، خطوط جریان حرکت چرخشی سیال داخل پمپ را به وضوح نشان می‌دهد.