基于CFD的轴向柱塞泵配流特性研究

发布时间：2020-09-21 16:41

　　轴向柱塞泵因其具有容积效率高、极限压力高、功率密度高等特点,广泛应用在工程机械设备中。随着目前液压系统向着高速、高压、大流量方向发展,对轴向柱塞泵的性能提出了更高的要求。本文对轴向柱塞泵配流特性进行研究,在全面考虑多种因素影响下,采用CFD方法对配流过程非定常流场进行数值模拟,力求能够获得对柱塞泵配流过程中复杂流场的深入认识,为今后柱塞泵的工程设计以及性能的提高提供具有参考价值的分析方法与研究手段。根据课题的内容和特点,分为5个章节。第一章,着重分析了选题背景,包括轴向柱塞泵特点和CFD在柱塞泵中的应用。对轴向柱塞泵国内外研究现状进行了介绍。最后概括了本文的研究内容和意义。第二章,轴向柱塞泵配流过程数值模拟。首先根据雷诺数计算配流过程中各个区域的流体流态,首次采用层流加局部湍流模型对配流流场进行数值计算;在高速高压下运转的流体不再是一般认为的不可压缩流体,提出了弱可压缩性概念,得到了弱可压缩流体的状态方程,同时考虑油液的粘压效应和粘温效应,获得了表征粘度随压力、温度变化的关系式。将以上两个方程式带入流体控制方程组使其封闭并对其进行数值求解。第三章,数值计算结果分析。通过流场可视化,观察流量倒灌现象以及油膜处压力分布;得到泵出口流量脉动变化情况;从两个方面探求配流过程出现空化的原因,同时得到空化的位置分布和体积组分分布;提出新的研究阻尼槽流量系数的方法,即根据数值模拟结果,拟合出流量系数与配流旋转角度的关系式;对缸体进行受力分析,得到缸体所受压紧力和压紧力矩;详细分析了变工况下柱塞泵内流及外特性以及阻尼槽几何尺寸对柱塞泵性能的影响。第四章,流量脉动测试试验台的初步设计。根据管道动态特性搭建了流量脉动测试实验台,以期对轴向柱塞泵出口的流量进行动态测量,以此来验证仿真计算是否真实,准确,借此证明所建立的数学模型、所设定的边界条件和初始条件是否合理。第五章,对本论文的研究工作和成果进行了总结,展望了未来需开展的工作。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TH322
【部分图文】：

几何形状,轴向柱塞泵,市场需求

图1.1轴向柱塞泵市场需求1.2CFD技术在柱塞泵中的应用计算流体力学(Computati。nalFluidDynamiCS，简称CFD)是通过计算机数值计图形显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象所做的分析。采用CFD方法理问题进行数值模拟的基本思想可以概括为:把原来在时间、空间坐标系中连续的量的场，如流体流动的压力场、温度场等，用有限个离散点上的值的集合来代替，求解按一定方法建立起来的关于这些值的代数方程，来获得离散点上被求物理量。这些离散点上被求物理量值的集合称为该物理量的数值解。CFD的长处是适应性强，应用面广。流动问题的控制方程一般是非线性的，自变，计算域的几何形状和边界条件复杂，很难求得解析解，而用CFD方法则有可能找足工程需要的数值解。运用数值计算技术，优化结构、降低磨损、减小噪声、提高性能是流体技术发展

程序结构,流量脉动

图1.3配流过程配流盘处压力分布瑞典林雪平大学从上世纪九十年代开始着手液压泵的研究。J。hanSS。nA〔邓〕一〔川的博士论文中提出了降低柱塞泵噪声的多变量综合优化法。流量脉动测量方面，在了前人的测量方法并分析其优缺点的基础上，提出了(SourceadmittanCe)测量方雪平大学的IJ.Er1CSon洲搭建了试验台。图1.4为测试试验台以及泵出口流量脉动结果。

示意图,噪声传递,示意图

图 1.4Sour。 eadmittanee测量试验台及测试结果德国亚深工业大学 (RwTHAaChen)的IFAS研究组「纠一「3’〕也开展了柱塞泵/马达技术方面的研究工作。该小组重点研究压力脉动油液冲击引起的噪声的传递路线，如图1.5所示，以对结构振动进行测试和计算。并通过改进柱塞泵/马达的外壳结构降低振动。在脉动方面的研究主要通过流体仿真方面的软件DSHpluS开展，采用DSHplus软件建立一个完整的轴向柱塞泵的仿真程序，该程序有三个模块构成，一个是机械模块可进行运动及动力学仿真计算(由ADAMS构成)，一个是液压模块可计算出由流体产生的压力，最后一个摩擦模块主要计算摩擦力的值。通过此程序对泵的几个关键摩擦副进行研究，用来分析柱塞泵内部压力、流场分布及变化情况。IFAS课题组还将DSHplus与Adams进行联合仿真，对九柱塞泵由于流体压缩性和交替运动产生的脉动进行了研究。 }}}.1111111 111.}}}}}}}〕〕威威威威JJJ~卜卜卜卜卜卜卜二二悦悦图1.5噪声传递示意图2003年在芬兰坦佩雷召开的流体会议上，意大利Parma大学的Pa。1。Cas。1i〔32}从仿真和试验两方面得到了柱塞腔内压力变换情况

【引证文献】