基于CFD的轴向柱塞泵配流特性研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 轴向柱塞泵的特点
• 1.1.2 CFD技术在柱塞泵中的应用
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题研究意义
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 轴向柱塞泵配流过程数值模拟
• 2.1 配流过程的数学模型和物理模型
• 2.1.1 基本方程式
• 2.1.2 配流过程流场流态判定
• 2.1.3 几何和物理模型
• 2.2 非定常流动的边界条件和初始条件
• 2.2.1 边界条件
• 2.2.2 初始条件
• 2.3 本章小结
• 第3章 数值计算结果与分析
• 3.1 柱塞腔内压力瞬变过程
• 3.2 配流过程油膜压力场分布
• 3.3 配流过程空化现象
• 3.3.1 空化产生机理分析
• 3.3.2 数值模拟空化现象
• 3.4 泵出口流量变化
• 3.5 阻尼槽流量系数
• 3.5.1 进入吸油区时阻尼槽流量系数
• 3.5.2 离开吸油区时阻尼槽流量系数
• 3.6 缸体所受压紧力和压紧力矩
• 3.7 运行工况对泵性能影响
• 3.7.1 负载压力
• 3.7.2 主轴转速
• 3.7.3 斜盘倾角
• 3.8 阻尼槽结构对泵性能影响
• 3.8.1 三角槽进山口角度对泵性能影响
• 3.8.2 三角槽深度对泵性能影响
• 3.8.3 阻尼孔深度对泵性能影响
• 3.9 本章小结
• 第4章 流量脉动测试试验台的初步设计
• 4.1 流量脉动测试试验台的测试原理和组成
• 4.1.1 测试原理
• 4.1.2 试验台液压系统组成
• 4.1.3 试验台测试系统组成
• 4.2 实验方法
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 研究总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的文章
• 致谢