盖瑟泵的性能研究及流场的CFD模拟.pdf

·24· of 2011 V01．21No．1 过滤与分离Journal FiltrationSeparation 盖瑟泵的性能研究与流场的CFD模拟 阚琛。杨振华，范德顺，徐鸿 a匕京化工大学机电工程学院，北京100029) 摘要：介绍一种改进型的空气泵：盖瑟泵(geyserpump)。由于盖瑟泵容易在垂直管路中形成弹状 FLUENT 流，因而能够克服传统空气泵的吸力低、扬程短等不足之处。利用有限元分析软件(ANSYS 12．0)对盖瑟泵中的两相流进行分析，模拟出Taylor气泡的产生过程，并且通过与传统空气泵在压强与 速度方面的对比，表明盖瑟泵性能优于空气泵。有限元分析的结果为盖瑟泵的性能的可靠性提供了一定 的理论依据。 关键词：盖瑟泵；弹状流；Taylor气泡；有限元 中图分类号：TQ028 文献标识码：A 文章编号：1005—8265(2011)01--0024-04 O引言 (geyserpump，“geyser”是间歇喷泉的意思)。 由于盖瑟泵性能上的优势，自1999年发明以来， 空气泵又叫气体泵，常常用于污水池以提取污泥 在全世界范围里获得了广泛的应用，已经在很大程度 或沉砂，也可以应用在渔业和农业中，并已广泛用于有 上取代了传统的空气泵。 毒流体的处理、生化反应器设计和核工业中。一般认为 空气泵是德国人Carl E．Loesehe在1797年首先发明l盖瑟泵的结构以及原理介绍 的。可是首次应用在工业生产中却是在二十世纪的中 1．1结构与原理介绍 期。典型的提液空气泵就是一根垂直插入液体中的提 图l为安装在一个储液罐中的盖瑟泵。它是由一 液管道，其唯一的动力就是由压缩机提供的压缩空 个特殊的储气罐与一些管道组成的。盖瑟泵也是安装 气。压缩空气从提液管在液下的底部人口处注入，在 在一根垂直的液体提升管的底部。进入到储气罐外壳 管内的液体中产生大量气泡。由于管内含空气气泡的 内的压缩空气不会立刻被释放到垂直管中而是在外壳 液体的平均密度要比管外的无气泡液体的密度低很 里积累，这时外壳与内部构件里有一个空气团。当外壳 多，因此，一方面，管内气泡的迅速浮动上升会推动管 里的空气积累到一定程度后，一个大体积的空气团立 内液体也做上升运动，另一方面，在底部入口截面上， 刻释放到垂直管中，形成一个直径等于管内径且轴向 管内带气泡的液柱对该截面的压力大大低于管外无气 泡液体对该截面的压力，会导致管外液体通过该人口 间歇形成的，因此盖瑟泵的运行也是间歇式的。 截面被吸入管内，并向上流动。只要连续注入的空气流 量足够大，这种管外液体进入管内并沿提升管向上的 运动就能连续发生，维持连续输送液体的泵送作用。 空气泵最大的优点是它结构简单，没有运动零件。 然而它也有以下明显的缺点：吸力低导致扬程低；液体 流速不稳定且难于控制；提升管要求潜水率大且容易 堵塞；压缩空气能量的利用效率低，导致能耗大。为了