罗茨真空泵在石油化工、电力、半导体、食品、轻工等行业有着广泛的应用,随着罗茨真空泵在真空应用领域的普及,现代工程技术对罗茨泵性能要求也愈来愈高。目前,罗茨泵的研究主要集中在转子型线优化设计、内泄漏量的计算、气流脉动以及泵腔内气体流动特性等方面。本文结合理论分析、数值模拟和实验验证的方法研究了罗茨真空泵内部流动规律及其外特性,系统地探究了不同参数对罗茨真空泵性能的影响;采用热流固耦合的方法研究了压力、温度作用下罗茨泵转子系统的温度分布和变形,并对转子系统进行了模态分析;最后对罗茨泵开展了外特性实验,将数值模拟、理论计算和实验测试的结果进行了对比验证。本文的开展的具体工作如下:(1)对罗茨真空泵的进气流量、气流脉动、流动过程中的温度变化以及轴功率进行了理论建模与计算,并对热流固耦合和模态分析等相关理论进行了介绍。(2)以罗茨真空泵为研究对象,采用2.5D动网格技术对罗茨泵进行三维瞬态模拟计算,主要包括罗茨泵三维流体域SolidWorks建模,ICEM网格划分,Fluent流场数值计算和后处理。通过对比分析气冷和普通罗茨真空泵内部气体的流动规律,深入探究了工作循环内气体的压力变化、气流的脉动、旋涡的产生、内泄漏以及回流冲击等,并系统地研究了入口压力、转子转速、转子间隙、逆流冷却、进气温度等参数对罗茨泵性能的影响。(3)将流体瞬态模拟计算的压力、温度加载到转子系统表面,在ANSYS Workbench协同仿真平台上分别对气冷和普通罗茨泵转子系统进行瞬态热计算和静力结构计算,研究了逆流冷却对转子温度、变形以及应力的影响;在此基础上对罗茨泵转子系统进行模态分析,得到了其固有频率和振型,避免罗茨泵转子运行过程中产生共振。(4)对罗茨泵进行性能实验测试,研究了入口压力、转速对罗茨泵容积效率、排气温度的影响,并将实验得到的容积效率、排气温度、轴功率曲线与理论计算和数值模拟结果进行了对比验证。