变工况轴向柱塞泵配流流场湍流模型选择及修正

发布时间：2017-04-18 18:17

  本文关键词：变工况轴向柱塞泵配流流场湍流模型选择及修正，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,轴向柱塞泵的发展迅速,在很多领域中得到了广泛的应用。作为液压系统中重要的动力元件,轴向柱塞泵对整个液压系统的性能有着重要的影响,因此,对于轴向柱塞泵的研究也得到了国内外很多学者的关注。轴向柱塞泵的配流过程内部流体流动状态十分复杂,而轴向柱塞泵内流动形式对于泵的性能有着重要的影响,因此轴向柱塞泵配流流场一直是人们研究的热点。随着计算流体动力学的飞速发展,使用数值模拟的方法对轴向柱塞泵配流流场进行研究,以计算的结果为依据对泵结构进行优化,成为提高轴向柱塞泵性能的重要手段。数值模拟不仅可以大大的节省试验的成本,还能够清楚的展现出流场中局部的流动细节。因此,不管是理论分析,还是工程应用,数值模拟都发挥着重要的作用。在数值模拟中计算模型的选取对计算结果的准确性有着重要的影响,但是轴向柱塞泵内流体流动状态复杂,并没有一个通用的计算模型可以适用所有工况,针对不同的工况,计算模型的适用性也不相同。因此,本文主要针对轴向柱塞泵配流流场进行研究,在不同工况下对流场分析用湍流模型进行选择和优化,以提高轴向柱塞泵配流流场数值计算精度。本文首先对数值计算中常用模型的特点和应用范围进行介绍,以某型号轴向柱塞泵为研究对象,应用相似理论建立单柱塞-配流盘结构的数值分析模型,结合轴向柱塞泵不同工况设定试验系统的流量,对比不同湍流模型的计算结果;建立单柱塞-配流盘结构的PIV试验模型,得到流场的试验结果。将数值计算结果与试验结果进行对比,以流场的涡系结构、速度分布特性及系统的流量、压力特性为依据,对各个模型的适用性进行比较。通过研究得出,在小的流量时,层流计算模型的计算精度较高;而在大流量时,标准k??模型和RNG k??模型的计算精度较高;为了进一步提高数值计算的精度,对应用更为广泛的标准k??模型的系数进行修正,结果表明,通过修正标准k??模型的模型系数,可以进一步提高计算精度。
【关键词】：轴向柱塞泵 计算流体动力学 PIV试验 湍流模型 模型参数修正
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH322
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 课题背景和研究意义及目的11-12
• 1.2 轴向柱塞泵内部流场数值模拟发展概述12-15
• 1.2.1 计算流体力学概述12-13
• 1.2.2 轴向柱塞泵内部流动数值模拟的研究现状13-15
• 1.3 湍流模型概述15-16
• 1.4 计算模型选择及修正研究现状16-18
• 1.5 PIV可视化测速技术的研究现状18
• 1.6 本文主要工作及内容18-20
• 第2章 CFD中的控制方程与湍流模型20-34
• 2.1 流体动力学的控制方程20-21
• 2.2 湍流模型的分类21-23
• 2.3 常用的湍流模型23-28
• 2.3.1 Spalart-Allmaras模型23-24
• 2.3.2 标准k-e 模型24-25
• 2.3.3 RNG k-e 模型25-26
• 2.3.4 Realizable k-e 模型26-27
• 2.3.5 标准k-w 模型27-28
• 2.4 相似理论及试验模型计算28-32
• 2.4.1 力学相似判据28-29
• 2.4.2 相似模型设计及试验流量计算29-32
• 2.5 壁面函数法32
• 2.6 基本控制方程的离散方法32-33
• 2.7 本章小结33-34
• 第3章 单柱塞-配流盘流场PIV试验研究34-51
• 3.1 PIV试验原理及测试系统34-37
• 3.1.1 PIV试验原理34-35
• 3.1.2 PIV测试流程35-36
• 3.1.3 PIV示踪粒子的选择36
• 3.1.4 PIV试验基本参数设定36-37
• 3.2 试验系统37-43
• 3.2.1 单柱塞-配流盘结构PIV测试试验台39-40
• 3.2.2 试验模型及测试元件40-41
• 3.2.3 试验步骤41-43
• 3.3 试验结果43-47
• 3.3.1 PIV拍摄试验结果分析43-47
• 3.3.2 定流量下压差测量结果47
• 3.4 流场漩涡位置判断47-49
• 3.5 本章小节49-51
• 第4章 轴向柱塞泵单柱塞-配流盘数值模拟研究51-76
• 4.1 单柱塞-配流盘结构几何建模51-52
• 4.2 网格划分52-53
• 4.2.1 单柱塞-配流盘结构的网格划分及网格无关性检验52-53
• 4.2.2 网格质量检查及敛散精度53
• 4.3 边界条件设置53-54
• 4.4 数值计算结果及分析54-75
• 4.4.1 单柱塞-配流盘结构的数值结果分析54-59
• 4.4.2 流量对计算模型适用性的影响规律59-70
• 4.4.3 工作位置对计算模型适用性的影响70-74
• 4.4.4 湍流模型对系统压力特性预测的影响74-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第5章 标准k-? 模型系数修正76-86
• 5.1 标准k-? 模型系数分析76-78
• 5.2 模型参数修正后数值计算结果分析78-85
• 5.3 本章小结85-86
• 结论86-87
• 参考文献87-92
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果92-93
• 致谢93-94
• 作者简介94

【参考文献】

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本文编号：315485