轴向柱塞泵气蚀机理及仿真研究

发布时间：2017-05-07 07:08

  本文关键词：轴向柱塞泵气蚀机理及仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：轴向柱塞柱塞泵是广泛应用于液压系统中的动力元件，在工程机械中起着重要作用。在柱塞泵的工作过程中，压力变化及流动状态十分复杂，极易发生气蚀；而气蚀会引起振动和噪声，影响整个系统工作的稳定性，甚至使泵失效。因此需要对轴向柱塞泵内的气蚀机理及其数学模型进行研究，避免或减少气蚀的发生，提高泵的性能及稳定性。 建立了轴向柱塞泵内气蚀的数学模型。当柱塞泵内的压力低于空气分离压时，溶解在油液中的气体会释放出来，流体为油液和空气的均匀混合物；压力降低到其饱和蒸汽压时，油液才会发生相变，产生大量油液蒸汽气泡，此时流体为油液、油液蒸汽和空气的均匀混合物，这与传统的水利机械气蚀是不同的。因此，首先以柱塞腔内的气泡为研究对象，结合流体动力学，考虑了油液中的蒸汽气泡和空气气泡，，计算了多种流体特性，包括压力、质量流、流体中的蒸汽和空气体积空隙率，得到了考虑气泡间相互作用后调整的Rayleigh-Plesset方程，然后分析了柱塞泵内发生空气气化和蒸汽气化的密度变化，建立了有两种基于p-ρ正压关系的状态方程，选取RNG k-ε湍流模型进行仿真模拟。 以SCY-14B型斜盘轴向柱塞泵工作时的流体部分进行建模和仿真分析，研究气蚀机理及其对泵内流场的影响。对配流过程中的流态采用层流加局部湍流的设置方法，空化模型选用Zwart-Gerber-Belamri模型，进行仿真计算。最后仿真结果中分别得到了柱塞泵内流体的压力、速度和气体分布云图、速度矢量图以及部分区域的压力瞬变曲线图，与未加入气蚀模型的模拟结果进行对比，据此分析气蚀现象的产生机理及其影响，并提出了一定的改进措施，避免或减小气蚀的发生。
【关键词】：轴向柱塞泵 气蚀 数学模型 CFD仿真
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 主要符号表10-14
• 第1章 绪论14-25
• 1.1 课题研究背景14-15
• 1.2 气蚀现象及其研究现状15-20
• 1.2.1 国内研究现状16-18
• 1.2.2 国外研究现状18-20
• 1.3 气蚀模型的研究现状20-23
• 1.4 课题理论意义和实际应用价值23
• 1.5 主要研究内容23-25
• 第2章 液压系统气蚀机理和流体性质分析25-45
• 2.1 气蚀机理25-29
• 2.1.1 轴向柱塞泵内的气穴的产生25-27
• 2.1.2 气蚀的产生及其影响因素27-29
• 2.2 空泡动力学模型29-39
• 2.2.1 空泡的静力平衡条件29-30
• 2.2.2 空泡的运动方程30-32
• 2.2.3 纯空泡的膨胀和压缩32-34
• 2.2.4 蒸汽气泡的膨胀与压缩34-37
• 2.2.5 空泡破灭37-39
• 2.3 考虑多种影响因素的空泡运动方程39-40
• 2.3.1 液体粘性和表面张力的影响39
• 2.3.2 液体可压缩性的影响39-40
• 2.4 气泡对油液物理性质的影响40-43
• 2.5 流体的粘性性质方程43-44
• 2.6 本章小结44-45
• 第3章 轴向柱塞泵气蚀模型的建立45-58
• 3.1 两相流的控制方程45-47
• 3.1.1 连续性方程45-46
• 3.1.2 动量守恒方程46-47
• 3.2 蒸汽空化和油液中气体释放数学模型47-52
• 3.2.1 修正的 Rayleigh-Plesset 方程47-50
• 3.2.2 气相守恒方程50-51
• 3.2.3 液相守恒方程51-52
• 3.2.4 泡壁处的控制方程52
• 3.3 基于 p 正压关系的状态方程型模型52-55
• 3.3.1 空气气蚀52-54
• 3.3.2 蒸汽气蚀54-55
• 3.4 多相流模型和湍流模型的选择55-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第4章 基于 CFD 轴向柱塞泵的气蚀的仿真研究58-76
• 4.1 几何模型和物理模型的建立58-59
• 4.2 仿真条件的设定59-64
• 4.2.1 流态分析60-61
• 4.2.2 边界条件和初始条件61-64
• 4.3 仿真结果分析64-71
• 4.3.1 高速流体导致的配流盘气蚀机理65-67
• 4.3.2 压力变化所致气蚀机理67-69
• 4.3.3 气蚀的气体体积分数分析69-70
• 4.3.4 气蚀对柱塞泵内压力的影响70-71
• 4.4 减小气蚀的措施71-74
• 4.5 本章小结74-76
• 第5章 结论与展望76-78
• 5.1 论文总结76-77
• 5.2 工作展望77-78
• 参考文献78-83
• 攻读硕士学位期间所取得的研究成果83-84
• 致谢84-85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：349407