真空發(fā)生器性能仿真與實(shí)驗研究

　　該文運用數值仿真與實(shí)驗的方法研究了進(jìn)口壓力與出口壓力對真空發(fā)生器性能的影響。結果表明，進(jìn)口壓力與出口壓力對其真空度的影響較大，且存在一個(gè)最佳臨界值使得其真空度最大。耗氣量隨著(zhù)進(jìn)口壓力的增大而增大，但其隨著(zhù)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?lài)娚淞鳟a(chǎn)生的卷吸作用，使密閉容器內產(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(diǎn)，廣泛應用于包裝、印刷、醫藥、汽車(chē)、機器人等工業(yè)自動(dòng)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)生器的工作參數直接影響其性能的發(fā)揮，本文運用CFD數值仿真與實(shí)驗相結合的方法，系統地研究進(jìn)口壓力與出口壓力對其性能的影響規律。

真空發(fā)生器的結構及工作原理

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

圖1 真空發(fā)生器結構簡(jiǎn)圖

　　由式(1)可知，通過(guò)提高氣體流速可降低其氣壓，當流速升高到一定程度時(shí)，其氣壓低于大氣壓，即產(chǎn)生真空。由式(2)可知，通過(guò)改變流道截面積可以改變氣體流速。當M<1(亞音速)，流速與流道截面積成反比，即流道截面積增大，流速減小;當M>1(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)，流速達到臨界流速，流道截面最小。工作流體以亞音速從P口進(jìn)入噴嘴，經(jīng)過(guò)噴嘴的漸縮管增速，流至噴嘴喉管時(shí)達到音速，經(jīng)過(guò)噴嘴的漸擴管繼續增速，流出噴嘴后流速達到最大且為超音速，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，進(jìn)行動(dòng)能交換，引射流體被加速，工作流體減速，至此流體加速過(guò)程結束，超音速的流體經(jīng)過(guò)混合室漸縮管開(kāi)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(shí)流速基本均勻且減為亞音速，隨后，經(jīng)混合室漸擴管繼續減速，出混合室漸擴管時(shí)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)揮與工作參數有很大關(guān)系，工作參數主要包括進(jìn)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(zhù)響應時(shí)間。本文通過(guò)數值仿真及試驗的方法研究工作參數對其性能的影響規律。

結論

　　(1)當出口壓力pc保持不變及引射口密封時(shí)，進(jìn)口壓力pp存在一個(gè)最佳臨界值p*p。當pp< p*p時(shí)，混合室內未形成壅塞流，真空度隨著(zhù)pp的增大而增大;當pp>p*p時(shí)，混合室內形成壅塞流，真空度隨著(zhù)pp的增加卻緩慢減小。

　　(2)當進(jìn)口壓力pp保持不變及引射口密封時(shí)，出口壓力pc也存在一個(gè)最佳臨界值p*c。當pc<p*c時(shí)，混合室內形成壅塞流，隨pc的增大最真空度卻基本保持不變;當pc>p*c時(shí)，混合室內壅塞流消失，但馬赫數逐漸降低，最大真空度逐漸減弱，直到降為零。

　　(3)隨著(zhù)進(jìn)口壓力的增大，耗氣量近似線(xiàn)性增大;但隨著(zhù)出口壓力的增大，耗氣量基本保持不變。

　　(4)仿真計算與實(shí)驗結果基本一致，說(shuō)明仿真計算模型是正確的。