水压环形缝隙泄漏特性的理论和实验研究

发布时间：2020-03-14 16:10

【摘要】：在能源紧缺、环境恶化的21世纪，人类的生存受到巨大的威胁，必须从现在起倡导节能减排，使用绿色能源与技术，改善我们的环境，保护人类的未来。因此，纯水液压技术作为一种绿色清洁的流体传动技术，势必在将来得到广泛应用，甚至完全替代传统油压技术。但当前我国在水压元件和系统的设计制造上，还与国外有很大差距，主要原因就是对于水介质传动理论基础的研究比较落后，导致在水压元件的设计和制造时，缺乏理论和试验依据，多凭经验和借鉴油压传动技术，这就严重制约了我国水压技术的发展。本文主要针对水压元件环形缝隙泄漏的理论基础进行研究，采用理论与实验紧密结合的方法，，探究了水压环形缝隙的流场特性和流动规律，为解决水压元件环形缝隙设计时遇到的诸多问题奠定基础。 本文首先根据水压元件环形缝隙的常见工况，将压力为8～14MPa、柱塞直径为20～35mm、密封长度为10～40mm、间隙高度为0.005～0.02mm、柱塞的偏心倾斜和柱塞的往复运动（频率25Hz）作为考虑的影响因素，设计正交试验，以研究环形缝隙在上述因素变量范围内的泄漏特性。然后从缝隙流动的基础理论入手，推导了柱塞同心、偏心、倾斜及偏心倾斜都存在情况下，环形缝隙的层流泄漏量公式。同时，对水压环形缝隙流动的流变机理、临界雷诺数和湍流泄漏量计算方法进行了讨论。 随后，由于环形缝隙流场的复杂性，本文采用CFD软件Fluent对正交试验进行了流场仿真，根据临界雷诺数，对不同的试验组分别使用层流模型和湍流模型计算。并对结果进行可视化分析，得到环形缝隙流场的流场特征和流动规律。 最后研制完成水压环形缝隙泄漏特性试验台，进行正交试验，与CFD流场仿真结果和层流公式计算结果比较，以验证仿真计算和仿真模型的流变条件是否正确。对试验和CFD仿真结果分别进行正交分析，再比较验证，得到诸多因素的影响趋势和规律。采用遗传算法对试验和仿真结果中的湍流泄漏量进行拟合，将得到的拟合公式与现有几种公式比较，最终得到适用于常见工况的水压环形缝隙湍流泄漏量的计算公式。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH137

【参考文献】

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本文编号：2587011