低温条件下并联外啮合齿轮泵的空化特性研究与改进
发布时间：2021-01-30 17:42
外啮合齿轮泵由于自身结构和工作原理的原因,工作时存在困油现象,很容易发生空化。空化产生的气泡破灭可引起气蚀,对齿轮泵的齿轮和浮动侧板造成损害,降低齿轮泵的寿命。工作油液温度是影响外啮合齿轮泵空化的主要因素之一,而目前对外啮合齿轮泵空化的研究多在常温下进行。本文研究的特种车辆用并联外啮合齿轮泵,工作油液温度可低至-40℃,在该低温条件下油液粘度很大,齿轮泵吸油严重不足,空化程度加剧,其空化过程与常温时有很大差异。另外,与单个齿轮泵相比,并联外啮合齿轮泵的两对啮合齿轮由于安装不对称造成的相位差也是影响其空化的重要因素。因此,研究低温条件下并联外啮合齿轮泵的空化现象并提出减小空化的改进措施,具有重要的理论价值和工程意义。本文以特种车辆润滑系统所用的并联外啮合齿轮泵为研究对象,首先总结了齿轮泵的空化研究现状,分析了并联外啮合齿轮泵的结构、工作原理及其困油腔容积变化导致的空化现象。其次基于k-?湍流理论,采用全空化模型对低温-40℃条件下齿轮泵内部流场的空化过程进行仿真分析,并与其在常温20℃下的空化过程进行对比。最后对影响并联外啮合齿轮泵空化特性的三种因素（错齿相位差、吸油口压力和转速）进行分...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
受到空蚀破坏的浮动侧板对液压系统和液压元件来说，空化还会引起噪声和振动，降低液压元件的寿
硕士学位论文5准确的方法。空化的流场可视化试验能够使人们更加直观的对空化现象进行观测和测量。图1.2单气泡溃灭产生射流现象图1.3齿轮泵内流场可视化1.3.2空化模型的数值研究现状在含有空化的数值仿真中，空化模型十分重要。目前对空化气泡流的仿真方法基本分为两类：界面追踪法和均质平衡流模型[36]。界面追踪法的基本思想是假设液相和气相之间有明确的分界面。气相是连续的且气泡内的压强恒定，等于汽化压强。在数值求解的过程中，只对液相的方程求解，无需求解气相的流动。基于界面追踪法人们提出了很多计算方法，最具代表性和最完善的是边界元法。边界元法使用满足控制方程的边界单元去逼近边界条件，具有一定的局限性。另一种模型——均质平衡流模型的基本思想是用混合物模型代替气相和液相，混合物的密度场和体积分数变化反映了气相和液相的分布，各相满足同一组控制方程。在均质平衡流的基础上发展而来的空化模型分为状态方程模型和输运方程模型。由于状态方程模型不考虑相间质量传输，所以对空化的对流和输运给不出合理的解释。输运方程模型克服了这一缺点，包含了各相体积分数之间的传输方程，在数值计算中有更广泛的应用。目前，基于Rayleigh-Plesset气泡动力学方程和输运方程模型发展出了多个空化模型，如Kutoba模型、Merkle模型、Kunz模型和Schnerr-Sauer模型等[37~38]，其中最典型且使用最普遍的空化模型有3个：Schnerr-Sauer模型、Singhal模型和Zwart模型。国内学者王柏秋等曾对各个空化模型进行了详细的理论对比分析。他认为各空化模型中，理论性较强的是Singhal模型，与试验经验联系紧密的是Kubota模型、Merkle模型和Kunz模型等，能够最大限度的适应各种空化环境且较好模拟空化的是Zwart模型。他指出上述各个模
硕士学位论文5准确的方法。空化的流场可视化试验能够使人们更加直观的对空化现象进行观测和测量。图1.2单气泡溃灭产生射流现象图1.3齿轮泵内流场可视化1.3.2空化模型的数值研究现状在含有空化的数值仿真中，空化模型十分重要。目前对空化气泡流的仿真方法基本分为两类：界面追踪法和均质平衡流模型[36]。界面追踪法的基本思想是假设液相和气相之间有明确的分界面。气相是连续的且气泡内的压强恒定，等于汽化压强。在数值求解的过程中，只对液相的方程求解，无需求解气相的流动。基于界面追踪法人们提出了很多计算方法，最具代表性和最完善的是边界元法。边界元法使用满足控制方程的边界单元去逼近边界条件，具有一定的局限性。另一种模型——均质平衡流模型的基本思想是用混合物模型代替气相和液相，混合物的密度场和体积分数变化反映了气相和液相的分布，各相满足同一组控制方程。在均质平衡流的基础上发展而来的空化模型分为状态方程模型和输运方程模型。由于状态方程模型不考虑相间质量传输，所以对空化的对流和输运给不出合理的解释。输运方程模型克服了这一缺点，包含了各相体积分数之间的传输方程，在数值计算中有更广泛的应用。目前，基于Rayleigh-Plesset气泡动力学方程和输运方程模型发展出了多个空化模型，如Kutoba模型、Merkle模型、Kunz模型和Schnerr-Sauer模型等[37~38]，其中最典型且使用最普遍的空化模型有3个：Schnerr-Sauer模型、Singhal模型和Zwart模型。国内学者王柏秋等曾对各个空化模型进行了详细的理论对比分析。他认为各空化模型中，理论性较强的是Singhal模型，与试验经验联系紧密的是Kubota模型、Merkle模型和Kunz模型等，能够最大限度的适应各种空化环境且较好模拟空化的是Zwart模型。他指出上述各个模
【参考文献】：
期刊论文
[1]齿轮泵入口侧的空化性能研究与分析[J]. 文昌明,李玉龙,钟飞. 机床与液压. 2018(19)
[2]齿轮泵进口流道设计对汽蚀性能的影响[J]. 何渊博,梁银川,张小卫. 燃气涡轮试验与研究. 2014(04)
[3]考虑空泡界面相变作用的空化模型及应用[J]. 王柏秋,王聪,黄海龙,董磊,张嘉钟. 哈尔滨工业大学学报. 2013(01)
[4]空化模型中的相变系数影响研究[J]. 王柏秋,王聪,黄海龙,何春涛,张嘉钟. 工程力学. 2012(08)
[5]Study of the phase-change coefficients of the cavitation model in cavitation flow fields generated from cone cavitator[J]. 王柏秋,王聪,黄海龙,张嘉钟. Journal of Harbin Institute of Technology. 2012(04)
[6]三种空化模型在离心泵空化流计算中的应用评价[J]. 刘厚林,刘东喜,王勇,吴贤芳,庄宿国. 农业工程学报. 2012(16)
[7]低温流体空化特性的数值计算研究[J]. 时素果,王国玉,马瑞远. 工程力学. 2012(05)
[8]绕水翼非定常空化流场的实验研究[J]. 黄彪,王国玉,王复峰,剧冬梅,高德明. 兵工学报. 2012(04)
[9]一种修正的低温流体空化流动计算模型[J]. 时素果,王国玉. 力学学报. 2012(02)
[10]非定常空化流场结构的实验研究[J]. 黄彪,王国玉,王复峰,高德明. 实验力学. 2011(04)
博士论文
[1]齿轮泵发生空化时的气相动态演变过程及影响研究[D]. 李明学.兰州理工大学 2019
[2]低温空化非稳态特性和机理研究[D]. 朱佳凯.浙江大学 2018
[3]齿轮泵多连通容积内空化演变过程及其影响研究[D]. 周俊杰.北京理工大学 2015
[4]低温流体空化特性数值研究[D]. 马相孚.哈尔滨工业大学 2013
[5]水下高速航行体非定常空化流场数值计算[D]. 王柏秋.哈尔滨工业大学 2013
[6]液压节流阀中的空化流动与噪声[D]. 陆亮.浙江大学 2012
[7]外啮合齿轮泵困油机理、模型及试验研究[D]. 李玉龙.合肥工业大学 2009
[8]液压阀口空化机理及对系统的影响[D]. 杜学文.浙江大学 2008
硕士论文
[1]宽温域变转速条件下齿轮泵空化特性研究[D]. 王文安.兰州理工大学 2019
[2]液压V型阀口空气型空化流动特征的可视化研究[D]. 赵鹏坤.兰州理工大学 2019
[3]液压锥阀抗空化结构优化研究[D]. 王银.四川轻化工大学 2019
[4]基于圆弧齿形的低脉动齿轮泵特性研究[D]. 孙浩林.哈尔滨工业大学 2018
[5]渐开线外啮合直齿轮泵困油现象分析与研究[D]. 李明学.兰州理工大学 2016
[6]不同叶型全开式叶轮离心泵的数值计算与试验研究[D]. 汪灿飞.浙江理工大学 2013
[7]低温条件下空化流动特性数值研究[D]. 曹海涛.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3009314
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
受到空蚀破坏的浮动侧板对液压系统和液压元件来说，空化还会引起噪声和振动，降低液压元件的寿
硕士学位论文5准确的方法。空化的流场可视化试验能够使人们更加直观的对空化现象进行观测和测量。图1.2单气泡溃灭产生射流现象图1.3齿轮泵内流场可视化1.3.2空化模型的数值研究现状在含有空化的数值仿真中，空化模型十分重要。目前对空化气泡流的仿真方法基本分为两类：界面追踪法和均质平衡流模型[36]。界面追踪法的基本思想是假设液相和气相之间有明确的分界面。气相是连续的且气泡内的压强恒定，等于汽化压强。在数值求解的过程中，只对液相的方程求解，无需求解气相的流动。基于界面追踪法人们提出了很多计算方法，最具代表性和最完善的是边界元法。边界元法使用满足控制方程的边界单元去逼近边界条件，具有一定的局限性。另一种模型——均质平衡流模型的基本思想是用混合物模型代替气相和液相，混合物的密度场和体积分数变化反映了气相和液相的分布，各相满足同一组控制方程。在均质平衡流的基础上发展而来的空化模型分为状态方程模型和输运方程模型。由于状态方程模型不考虑相间质量传输，所以对空化的对流和输运给不出合理的解释。输运方程模型克服了这一缺点，包含了各相体积分数之间的传输方程，在数值计算中有更广泛的应用。目前，基于Rayleigh-Plesset气泡动力学方程和输运方程模型发展出了多个空化模型，如Kutoba模型、Merkle模型、Kunz模型和Schnerr-Sauer模型等[37~38]，其中最典型且使用最普遍的空化模型有3个：Schnerr-Sauer模型、Singhal模型和Zwart模型。国内学者王柏秋等曾对各个空化模型进行了详细的理论对比分析。他认为各空化模型中，理论性较强的是Singhal模型，与试验经验联系紧密的是Kubota模型、Merkle模型和Kunz模型等，能够最大限度的适应各种空化环境且较好模拟空化的是Zwart模型。他指出上述各个模
硕士学位论文5准确的方法。空化的流场可视化试验能够使人们更加直观的对空化现象进行观测和测量。图1.2单气泡溃灭产生射流现象图1.3齿轮泵内流场可视化1.3.2空化模型的数值研究现状在含有空化的数值仿真中，空化模型十分重要。目前对空化气泡流的仿真方法基本分为两类：界面追踪法和均质平衡流模型[36]。界面追踪法的基本思想是假设液相和气相之间有明确的分界面。气相是连续的且气泡内的压强恒定，等于汽化压强。在数值求解的过程中，只对液相的方程求解，无需求解气相的流动。基于界面追踪法人们提出了很多计算方法，最具代表性和最完善的是边界元法。边界元法使用满足控制方程的边界单元去逼近边界条件，具有一定的局限性。另一种模型——均质平衡流模型的基本思想是用混合物模型代替气相和液相，混合物的密度场和体积分数变化反映了气相和液相的分布，各相满足同一组控制方程。在均质平衡流的基础上发展而来的空化模型分为状态方程模型和输运方程模型。由于状态方程模型不考虑相间质量传输，所以对空化的对流和输运给不出合理的解释。输运方程模型克服了这一缺点，包含了各相体积分数之间的传输方程，在数值计算中有更广泛的应用。目前，基于Rayleigh-Plesset气泡动力学方程和输运方程模型发展出了多个空化模型，如Kutoba模型、Merkle模型、Kunz模型和Schnerr-Sauer模型等[37~38]，其中最典型且使用最普遍的空化模型有3个：Schnerr-Sauer模型、Singhal模型和Zwart模型。国内学者王柏秋等曾对各个空化模型进行了详细的理论对比分析。他认为各空化模型中，理论性较强的是Singhal模型，与试验经验联系紧密的是Kubota模型、Merkle模型和Kunz模型等，能够最大限度的适应各种空化环境且较好模拟空化的是Zwart模型。他指出上述各个模
【参考文献】：
期刊论文
[1]齿轮泵入口侧的空化性能研究与分析[J]. 文昌明,李玉龙,钟飞. 机床与液压. 2018(19)
[2]齿轮泵进口流道设计对汽蚀性能的影响[J]. 何渊博,梁银川,张小卫. 燃气涡轮试验与研究. 2014(04)
[3]考虑空泡界面相变作用的空化模型及应用[J]. 王柏秋,王聪,黄海龙,董磊,张嘉钟. 哈尔滨工业大学学报. 2013(01)
[4]空化模型中的相变系数影响研究[J]. 王柏秋,王聪,黄海龙,何春涛,张嘉钟. 工程力学. 2012(08)
[5]Study of the phase-change coefficients of the cavitation model in cavitation flow fields generated from cone cavitator[J]. 王柏秋,王聪,黄海龙,张嘉钟. Journal of Harbin Institute of Technology. 2012(04)
[6]三种空化模型在离心泵空化流计算中的应用评价[J]. 刘厚林,刘东喜,王勇,吴贤芳,庄宿国. 农业工程学报. 2012(16)
[7]低温流体空化特性的数值计算研究[J]. 时素果,王国玉,马瑞远. 工程力学. 2012(05)
[8]绕水翼非定常空化流场的实验研究[J]. 黄彪,王国玉,王复峰,剧冬梅,高德明. 兵工学报. 2012(04)
[9]一种修正的低温流体空化流动计算模型[J]. 时素果,王国玉. 力学学报. 2012(02)
[10]非定常空化流场结构的实验研究[J]. 黄彪,王国玉,王复峰,高德明. 实验力学. 2011(04)
博士论文
[1]齿轮泵发生空化时的气相动态演变过程及影响研究[D]. 李明学.兰州理工大学 2019
[2]低温空化非稳态特性和机理研究[D]. 朱佳凯.浙江大学 2018
[3]齿轮泵多连通容积内空化演变过程及其影响研究[D]. 周俊杰.北京理工大学 2015
[4]低温流体空化特性数值研究[D]. 马相孚.哈尔滨工业大学 2013
[5]水下高速航行体非定常空化流场数值计算[D]. 王柏秋.哈尔滨工业大学 2013
[6]液压节流阀中的空化流动与噪声[D]. 陆亮.浙江大学 2012
[7]外啮合齿轮泵困油机理、模型及试验研究[D]. 李玉龙.合肥工业大学 2009
[8]液压阀口空化机理及对系统的影响[D]. 杜学文.浙江大学 2008
硕士论文
[1]宽温域变转速条件下齿轮泵空化特性研究[D]. 王文安.兰州理工大学 2019
[2]液压V型阀口空气型空化流动特征的可视化研究[D]. 赵鹏坤.兰州理工大学 2019
[3]液压锥阀抗空化结构优化研究[D]. 王银.四川轻化工大学 2019
[4]基于圆弧齿形的低脉动齿轮泵特性研究[D]. 孙浩林.哈尔滨工业大学 2018
[5]渐开线外啮合直齿轮泵困油现象分析与研究[D]. 李明学.兰州理工大学 2016
[6]不同叶型全开式叶轮离心泵的数值计算与试验研究[D]. 汪灿飞.浙江理工大学 2013
[7]低温条件下空化流动特性数值研究[D]. 曹海涛.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3009314
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