高压海水轴向柱塞泵柱塞副仿生非光滑表面的研究

发布时间：2017-09-25 00:10

  本文关键词：高压海水轴向柱塞泵柱塞副仿生非光滑表面的研究

  更多相关文章： 仿生 柱塞副 数值模拟 非光滑表面 海水柱塞泵

【摘要】：近年来,随着新型材料的出现和制造工艺的提高,水压传动技术迅猛发展。高压海水柱塞泵是以海水为介质的海水液压传动系统的核心动力元件,柱塞副是它的关键摩擦副,运行在润滑效果很差的水境中。由于海水介质的特殊理化性质,加之高速、重载的运行工况,极易使摩擦副因腐蚀、磨损等原因而失效,严重影响了高压海水轴向塞泵的正常工作和使用寿命。目前改善和提高高压海水轴向柱塞泵关键摩擦副耐腐蚀、抗磨损的方法主要是采用新材料、新工艺、以及提高材料硬度和进行表面涂层,虽然新材料和新工艺的研究取得了巨大成效,但进一步提高材料耐磨性有很大难度,本文提出利用仿生非光滑表面效应来提高摩擦副的润滑、减粘、降阻和耐磨性能方面具有很大的潜力。首先,根据柱塞副的实际工况和工作特点,将仿生非光滑表面引用到柱塞副中,对传统的柱塞副进行了改进,在缸孔中引入带有仿生单元的套筒结构。其次,通过对螺旋流道通孔形仿生非光滑表面柱塞副水膜进行了建模分析,利用Fluent仿真来研究水膜承载特性。主要分析了柱塞运动速度、水膜厚度、工作压力、孔间距以及柱塞偏心对水膜承载特性的影响。再次,对不同结构形态的仿生非光滑表面分别进行数值模拟,通过分析仿生单元尺寸、深度和径向间距、轴向间距对水膜承载特性的影响。最后,通过对不同类型的仿生非光滑表面的最优结构处于低压、高压、偏心时分别建模进行数值模拟,对比分析水膜的承载力、粘性阻力以及泄漏量的大小确定最优的仿生结构。
【关键词】：仿生 柱塞副 数值模拟 非光滑表面 海水柱塞泵
【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
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-13
• 1.2 仿生非光滑表面的研究现状13-18
• 1.2.1 国内研究现状14-16
• 1.2.2 国外研究现状16-18
• 1.3 CFD在仿生非光滑表面研究中的应用18-19
• 1.4 课题来源及主要研究内容19-20
• 1.4.1 课题来源19
• 1.4.2 课题主要研究内容19-20
• 第2章 仿生非光滑表面设计及数值模拟方法20-31
• 2.1 基本结构参数20
• 2.2 缸孔柱塞副流体动压润滑机理20
• 2.3 柱塞受力分析20-22
• 2.4 仿生非光滑表面柱塞副设计22-24
• 2.5 柱塞副流场仿真24-30
• 2.5.1 海水介质物理参数25
• 2.5.2 柱塞副流动状态分析25-26
• 2.5.3 数学模型的基本方程26-27
• 2.5.4 柱塞副流场的网格划分27-29
• 2.5.5 边界条件设置29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 螺旋流道通孔形非光滑表面柱塞副流场仿真31-43
• 3.1 柱塞运动速度对水膜承载特性的影响31-32
• 3.2 水膜厚度对水膜承载特性的影响32-35
• 3.2.1 柱塞排水时水膜厚度对柱塞副水膜承载力的影响32-34
• 3.2.2 柱塞排水时水膜厚度对柱塞副泄漏量的影响34-35
• 3.3 工作压力对柱塞副水膜承载特性的影响35-36
• 3.3.1 工作压力对柱塞副水膜承载力的影响35
• 3.3.2 工作压力对柱塞副泄漏量的影响35-36
• 3.4 孔间距对水膜承载特性的影响36-40
• 3.4.1 排水行程时孔间距对水膜承载特性的影响36-38
• 3.4.2 排水行程时孔间距对泄漏量的影响38-39
• 3.4.3 吸水行程孔间距对水膜承载力的影响39-40
• 3.5 柱塞偏心时柱塞副水膜承载力分析40-41
• 3.6 优缺点分析41-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第4章 柱坑形仿生非光滑表面柱塞副流场仿真分析43-68
• 4.1 圆柱坑仿生非光滑表面流场数值模拟分析43-53
• 4.1.1 圆柱坑尺寸对水膜承载力的影响43-46
• 4.1.2 圆柱坑尺寸对柱坑内速度场的影响46-47
• 4.1.3 坑深度对水膜承载力的影响47-48
• 4.1.4 柱坑深度对柱坑内速度场的影响48
• 4.1.5 径向间距对水膜承载力的影响48-50
• 4.1.6 径向间距对柱坑内速度场的影响50
• 4.1.7 轴向间距对水膜承载力的影响50-52
• 4.1.8 轴向间距对柱坑内速度场的影响52-53
• 4.1.9 最优结构53
• 4.2 三角形柱坑仿生非光滑表面流场数值模拟分析53-58
• 4.2.1 三角形柱坑尺寸对水膜承载力的影响53-55
• 4.2.2 坑深度对水膜承载力的影响55
• 4.2.3 径向间距对水膜承载力的影响55-57
• 4.2.4 轴向间距对水膜承载力的影响57-58
• 4.2.5 最优结构58
• 4.3 方形柱坑仿生非光滑表面流场数值模拟分析58-63
• 4.3.1 方形柱坑尺寸对水膜承载力的影响58-60
• 4.3.2 柱坑深度对水膜承载力的影响60
• 4.3.3 径向间距对水膜承载力的影响60-62
• 4.3.4 轴向间距对水膜承载力的影响62-63
• 4.3.5 最优结构63
• 4.4 沟槽形生非光滑表面流场数值模拟分析63-67
• 4.4.1 沟槽宽度对水膜承载力的影响63-65
• 4.4.2 沟槽深度对水膜承载力的影响65
• 4.4.3 沟槽间距对水膜承载力的影响65-67
• 4.4.4 最优结构67
• 4.5 本章小结67-68
• 第5章 不同类型仿生非光滑表面对比分析68-79
• 5.1 不同类型仿生非光滑表面低压工作时对比分析68-71
• 5.1.1 承载力对比68-70
• 5.1.2 粘性阻力对比70
• 5.1.3 柱坑内部迹线对比70-71
• 5.2 不同类型仿生非光滑表面高压工作时对比分析71-73
• 5.2.1 承载力对比71-72
• 5.2.2 粘性阻力对比72
• 5.2.3 泄漏量对比72-73
• 5.3 偏心率对柱塞副流场的影响分析73-74
• 5.3.1 低压行程偏心率对承载力的影响73
• 5.3.2 高压行程偏心率对承载力的影响73-74
• 5.3.3 高压行程偏心率对粘性阻力的影响74
• 5.3.4 高压行程偏心率对泄漏量的影响74
• 5.4 不同类型仿生非光滑表面偏心下工作时对比分析74-77
• 5.4.1 偏心时柱塞吸水行程承载力对比分析75-76
• 5.4.2 偏心时柱塞排水行程承载力对比分析76-77
• 5.4.3 偏心时柱塞排水行程粘性阻力对比分析77
• 5.4.4 偏心时柱塞排水行程泄漏量对比分析77
• 5.5 本章小结77-79
• 结论79-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果85-86
• 致谢86-87
• 作者简介87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马云海;佟金;周江;荣宝军;任露泉;;穿山甲鳞片表面的几何形态特征及其性能[J];电子显微学报;2008年04期

2 王新华,魏源迁,李剑锋,伍良生;水压传动技术发展的现状及其应用前景[J];机床与液压;2003年06期

3 刘谦;阮俊;陈磊;聂松林;;斜轴式海水柱塞泵的研制[J];机床与液压;2011年05期

4 翟江;金聪;罗凯;周华;;海水淡化轴向柱塞泵样机的性能试验及应用[J];机床与液压;2011年17期

5 任露泉;;地面机械脱附减阻仿生研究进展[J];中国科学(E辑:技术科学);2008年09期

6 邓宝清,任露泉,苏岩,张永平,刘志敏;模拟活塞缸套摩擦副的仿生非光滑表面的摩擦学研究[J];吉林大学学报(工学版);2004年01期

7 田丽梅;任露泉;刘庆平;赵国如;;仿生非光滑旋成体表面减阻特性数值模拟[J];吉林大学学报(工学版);2006年06期

8 刘国敏;邹猛;李建桥;;蚯蚓体表自润滑仿生应用试验研究[J];江西农业大学学报;2010年02期

9 杨华勇,周华;纯水液压传动技术的若干关键问题[J];机械工程学报;2002年S1期

10 邵晓光;马军;吴张永;袁锐波;李健锋;;纯水液压传动技术所要解决的一些问题[J];流体传动与控制;2006年05期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 丛茜;金敬福;张宏涛;;仿生非光滑形态摩擦行为的试验研究[A];2006全国摩擦学学术会议论文集（一）[C];2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 张宏涛;活塞裙部仿生非光滑耐磨效应模型试验及有限元模拟[D];吉林大学;2006年

2 徐宇;凹坑型仿生非光滑表面的热结构分析及耐磨性的机理研究[D];大连理工大学;2009年

3 赵桂玲;海水淡化液压柱塞泵关键摩擦副流场特性的理论研究[D];华中科技大学;2009年

4 穆谦;仿生六边形微凸起织构的摩擦学特性研究[D];南京航空航天大学;2013年

，

本文编号：914243