該文運(yùn)用數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)的方法研究了進(jìn)口壓力與出口壓力對(duì)真空發(fā)生器性能的影響。結(jié)果表明，進(jìn)口壓力與出口壓力對(duì)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。耗氣量隨著進(jìn)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(jì)、清潔及安全等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于包裝、印刷、醫(yī)藥、汽車、機(jī)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(dú)特優(yōu)勢(shì)。

　　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(yùn)用CFD數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，系統(tǒng)地研究進(jìn)口壓力與出口壓力對(duì)其性能的影響規(guī)律。

真空發(fā)生器的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　真空發(fā)生器主要由噴嘴、吸入室、混合室及擴(kuò)壓室組成，其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

　　由式(1)可知，通過(guò)提高氣體流速可降低其氣壓，當(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)M=1(音速)，流速達(dá)到臨界流速，流道截面最小。工作流體以亞音速?gòu)腜口進(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(dá)到音速，經(jīng)過(guò)噴嘴的漸擴(kuò)管繼續(xù)增速，流出噴嘴后流速達(dá)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(jié)束，超音速的流體經(jīng)過(guò)混合室漸縮管開(kāi)始減速，到達(dá)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(kuò)管繼續(xù)減速，出混合室漸擴(kuò)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(shù)有很大關(guān)系，工作參數(shù)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、吸入流量及吸著響應(yīng)時(shí)間。本文通過(guò)數(shù)值仿真及試驗(yàn)的方法研究工作參數(shù)對(duì)其性能的影響規(guī)律。

結(jié)論

　　(1)當(dāng)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(dāng)pp< p*p時(shí)，混合室內(nèi)未形成壅塞流，真空度隨著pp的增大而增大;當(dāng)pp>p*p時(shí)，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(dāng)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(dāng)pc<p*c時(shí)，混合室內(nèi)形成壅塞流，隨pc的增大最真空度卻基本保持不變;當(dāng)pc>p*c時(shí)，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(jìn)口壓力的增大，耗氣量近似線性增大;但隨著出口壓力的增大，耗氣量基本保持不變。

　　(4)仿真計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，說(shuō)明仿真計(jì)算模型是正確的。