Расчёт утечек жидкости в гидромашине перистальтического действия

Введение. В насосах перистальтического действия в сжатом рабочем органе может оставаться существенный зазор, из-за чего, в отличие от других объёмных гидромашин, объёмные потери могут оказывать существенное влияние на реальную подачу насоса. Форму зазора определяют приближёнными зависимостями или численными методами, но оба этих подхода имеют свои недостатки.

Цель. Применяя как теоретические зависимости, так и численные методы, определить параметры зазора в сжатом шланге насоса и рассчитать утечки жидкости в насосе.

Материалы и методы. Объектом настоящего исследования является насос перистальтического действия, в котором используется шланг, сжимаемый двумя роликами. Теоретическая подача определялась по существующей теории объёмных гидромашин, через частоту вращения ротора и объём рабочих камер. При этом было принято, что в корпусе насоса шланг имеет форму тора, а для определения формы зазора в области сжатия и величины, на которую объём внутри шланга уменьшается из-за сжатия роликом, был использован программный продукт SolidWorks Simulation. Полученная геометрия деформированного шланга была перенесена в программу вычислительной гидродинамики STAR-CCM+, где были получены поле скоростей в зазоре и зависимость коэффициента сопротивления зазора от числа Рейнольдса. Для окончательного определения утечек в зазоре была использована формула Вейсбаха для местных потерь в зазоре и формула Дарси-Вейсбаха для потерь на трение по длине шланга насоса. Коэффициент Дарси рассчитывался с предположением, что режим течения в шланге насоса ламинарный.

Результаты. Сравнение результатов расчёта с экспериментальными зависимостями показало, что предлагаемый метод расчёта утечек в насосе может использоваться при ламинарном течении и частотах вращения ротора насоса не меньше 100 мин^-1.

Заключение. Использование для определения параметров зазора и расчёта утечек в насосе одновременно теоретических зависимостей и численных методов показало свою эффективность, но для более точных расчётов необходимо учитывать дополнительные факторы, обусловленные тем, что течение в насосе нестационарное.