航空燃油齿轮泵流动机理的数值模拟研究

通过理论分析和实验研究难以获取航空燃油齿轮泵的流动特性,针对这一问题,对航空燃油齿轮泵流动机理进行了数值模拟研究。首先,采用雷诺平均方程和k-ε湍流模型作为数学模型;然后,应用基于弹簧变形法和局部网格重构技术的动网格技术实现了网格变形;最后,在Fluent中的不同转速下针对内流场进行了数值求解,得到了其压力和速度分布,并分析了转速变化对其流场的影响。研究结果表明:齿轮进入和退出啮合的区域分别形成了局部高压区和低压区,最高压强可达4.3 MPa～20 MPa,最低压强可达-10 MPa～-40 MPa,且两者压差随转速提高而增大;在齿轮啮合处流速达到了局部最大值,最大速度可达105 m/s～269 m/s,且该值与齿轮转速正相关;该研究成果为航空燃油齿轮泵的运行维护和优化设计提供了理论依据。     

基于Lighthill声类比法的外啮合齿轮泵流致噪声特性研究

为深入了解外啮合齿轮泵运行中流致噪声规律,基于CFD和Lighthill声类比理论建立其流致噪声数值仿真模型,以研究不同转速工况下外啮合齿轮泵流致噪声特性,并搭建实验测试系统,用水听器对泵的出口2倍管径处流体噪声进行测量,以获得其时域和频域信息。结果表明:流致噪声由离散噪声和宽频带噪声构成,且基频及其倍频为流致噪声的主要频率;泵体辐射噪声的强度随齿轮转速的增加而非线性单调增长,且在1000~2000 r/min转速区间辐射噪声急剧增长(增量约20 dB);流致噪声的主频是由压力脉动的主频以及壳体的固有频率共同决定的。     

双级并联齿轮泵不同转速下流动特性的研究

针对双级并联齿轮泵实际工作时两级转速不平衡问题,采用PumpLinx数值模拟的方法,对转速比分别为1与1.17时的并联齿轮泵的流动特性进行了研究,分析了转速和转速比对并联外啮合齿轮泵的流量脉动、压力脉动及空化的影响,仿真结果表明:转速比影响齿轮泵内部最大压力、压力脉动幅值及空化区域分布,而转速才是影响体积流量及空化水平的内因。对实际工况下转速不平衡造成的问题进行了对比验证,为后续并联齿轮泵的优化设计及实际工况选择提供了一定的参考。     

不同吸油口尺寸及转速下齿轮泵空化特性

针对外啮合齿轮泵高转速下空化现象严重的问题,对外啮合齿轮泵空化的发生及其影响因素进行研究。运用吸油腔几何模型,推导出其容积变化率及介质压力变化模型,分析了吸油口尺寸及转速对吸油腔介质最小压力的影响;运用PumpLinx在不同转速及吸油口尺寸下对外啮合齿轮泵进行了仿真,分析了不同条件下泵的空化特性及吸油稳定性。结果表明:啮合点位置的变化与吸油腔压力的变化有很大关系;转速及吸油口尺寸对腔内最小介质压力有很大的影响;同时空化极大的影响了吸油口的流量稳定性。在模型推导和仿真计算的过程中考虑了外啮合齿轮泵很多实际因素,这些研究对齿轮泵的设计及性能优化有重要的参考价值。     

高速重载齿轮泵壳体热流固耦合仿真

新一代高性能发动机所采用的高速重载燃油齿轮泵工作条件愈加恶劣,使得燃油齿轮泵壳体在泵内部高压流体载荷和高温热变形下工作失效问题突出。综合考虑了热流固三种因素,基于有限元数值模拟方法进行了齿轮泵壳体在极限工况下与热流固单向耦合条件下的工作强度仿真分析。首先,基于传热原理进行了壳体稳态温度场的分布规律研究,通过对壳体在热载荷和压力载荷共同作用下的静态响应进行了求解;其次,进行了齿轮泵壳体在极限工况下的内流场仿真分析,计算得到了齿轮泵内部油液压力载荷和轴承支反力载荷对至壳体对应区域的流固仿真边界;最后,在校核壳体在极端工况下的强度基础上,分别开展了考虑与不考虑热载荷下的壳体流固热单向耦合仿真分析。仿真结果表明：考虑热载荷后的壳体变形增大了约30%,应力增加了6%,热载荷对壳体结构的强度影响突出,是影响壳体刚度的关键因素。     

变转速工况对直线共轭内啮合齿轮泵容积效率的影响

随着液压技术向高压化、轻量化、节能化发展,直线共轭内啮合齿轮泵因具有结构紧凑、流量脉动小、使用寿命长、噪声小等优点,其应用领域逐步扩大。随着内啮合齿轮泵使用转速的变化,其容积效率也出现变化,为了获得内啮合齿轮泵转速对其容积效率的影响规律,采用液压油、纯水两种介质,通过数值计算的方法,研究内啮合齿轮泵转子域空化特性、对比分析出口体积流率。结果表明：随着转速上升,内外齿啮合最小容积腔及吸油口处气相体积分数增加明显,易引起空化、气蚀,从而产生噪声、振动等问题;当转速过高时,介质中的气体析出明显,易出现吸空现象,导致齿轮泵容积效率降低,纯水介质比46#液压油介质下的齿轮泵容积效率更低。因此,要改善高转速工况下的齿轮泵容积效率,需优化内啮合齿轮泵进油口流道,增加入口压力,提升内啮合齿轮泵高转速工况下的综合性能。     

不同卸荷槽影响下外啮合齿轮泵空化特性

为改善外啮合齿轮泵在开式液压系统中空化严重的问题,对齿轮泵空化现象发生的过程及解决齿轮泵空化现象的措施进行了研究。通过分析泵内油液的流动状况得出了导致泵空化现象发生的原因;根据空化原因提出了运用矩形卸荷槽、渐开线型卸荷槽、异型卸荷槽降低齿轮泵空化现象的措施,并运用数值仿真进行了对比分析;最后分析了3种卸荷槽的卸荷作用下泵的困油现象及容积效率。结果表明:吸油腔内的高速旋流和吸空现象与齿轮泵空化现象的发生有很大关系;齿轮处于不同啮合状态时泵的空化强度和空化范围不同;增加卸荷槽是降低齿轮泵空化现象的有效措施,不同类型卸荷槽对空化现象的影响程度不同; 3种卸荷槽的卸荷能力及其作用下泵容积效率有一定的差异。本研究为解决齿轮泵空化现象及卸荷槽外形的选择提供了一种新的参考。     

直升机旋翼传动系统固有振动特性的研究

在不同的转速条件下对旋翼传动系统的扭振响应进行了测量，从而对整个系统的固有振动特性进行了在线辨识，并与理论分析结果进行了对比。分析结果表明，带有旋翼的齿轮传动系统具有不同于其它齿轮传动系统的特性，即其动态特性随转速不同而发生变化。这为该类齿轮传动系统的动态设计及动力学分析提供了依据。     

新月形内齿轮泵空化流场仿真分析

实际液压系统工作条件一直处于动态演变过程。为了分析变工况后新月形内齿轮泵空化流场的演进规律,提出了一种分布式参数模型,该模型利用动网格技术及两相流模型相结合来模拟齿轮泵中含气油液的流动状况。根据因子水平表及正交表性质设计了正交试验方案,在此基础上计算了不同试验对应的三维内流道模型并获得了流场特性及空化演进规律。结果表明:该类型齿轮泵中无明显困油区域,转子区是整个泵内压力最高也是最低的区域;转速一定时,油温对最低压力的影响最大,含气量次之,工作压力的影响可忽略;啮合区中的空化演进规律最为明显,气相整体呈现出先均匀分布,再分散集中,最后又均衡分布的变化规律;压力演变是气相发生运移的根本原因。     

全空化模型齿轮泵进口腔分析

针对大转速齿轮泵进口腔空化程度严重问题,运用全空化理论,分析不同转速等级对进口腔油液流动稳定性、泵吸油能力影响.以CBAK型齿轮泵为例,建立齿轮泵及侧板槽内的流体动力学模型,运用CFD(Computational Fluid Dynamics)技术及全空化理论,可视化地对不同转速等级下齿轮泵进口腔流体空化的瞬时状态进行数值模拟.结果表明进口腔空化形态有利于进口腔的流动稳定性,但却大大降低了泵的吸油能力.     

齿顶间隙对双圆弧螺旋齿轮泵泄漏及空化特性的影响

为了研究在高速高压工况下双圆弧螺旋齿轮泵齿顶间隙对齿轮泵泄漏及空化特性的影响,建立了双圆弧螺旋齿轮泵最佳齿顶间隙数学模型,计算出最佳齿顶间隙。利用PumpLinx对考虑空化后不同齿顶间隙的齿轮泵内部流场进行数值模拟,结果表明:当齿顶间隙为0.02 mm,齿轮泵的流量脉动和压力脉动相对较小,流量输出品质好,与理论分析最佳齿顶间隙为0.0207 mm基本一致,验证了最佳齿顶间隙模型建立的正确性;齿顶间隙会影响齿轮泵内部流场的空化程度和泄漏量,齿轮泵内部的空化程度随着齿顶间隙的增大而减小,齿顶间隙处的泄漏会随齿顶间隙的增大而增大;齿轮泵齿顶间隙处的空化具有密封作用,可以减小齿顶间隙泄漏。研究结果对双圆弧螺旋齿轮泵结构优化及应用具有一定的参考价值。     

吸油口压力影响下外啮合齿轮泵极限转速特性研究

外啮合齿轮泵在工业领域有广泛应用,随着技术水平的提高,对其转速要求越来越高。为了提高齿轮泵转速,分析限制齿轮泵转速的因素是必要的。运用数值模拟的方法,首先通过分析泵进出口流量特性得出了限制转速的原因;然后通过对比分析不同吸油口压力下,齿轮泵的最高转速得到了吸油压力对极限转速的影响规律。结果表明:齿轮泵的最高转速受进油压力影响较为明显,进油口压力升高时,齿轮泵极限转速也随之增加,压力约在0.758 MPa时,齿轮泵极限转速达到最大值。     

不同工况下涡旋泵空化与性能的数值模拟

针对涡旋泵建立了含有实际间隙的三维流体域模型,采用CFD技术对其进行了三维非定常模拟,研究了不同转角下的内部流场,分析了不同工况下的泵内空化现象及其性能.结果 表明:由于涡旋泵结构特点和运动方式,导致泵的2个工作腔内的流动具有不对称性;在吸液末期和排液初期,工作腔内产生较高的压力脉动,严重影响泵的稳定性;在高压差的作用...     

500m口径球面射电望远镜电液促动器系统空化影响的数值研究

针对FAST电液促动器可靠性增长试验过程中出现的振动和噪声问题,采用计算流体力学（CFD）的Mixture多相流模型等,建立FAST电液促动器液压系统油源内部流场和吸油管路模型,依据试验数据验证了模型的正确性,并对油源内的压力脉动、空化现象进行仿真试验。结果表明：系统的吸入压力低于130 kPa时,扩大吸油管路直径可显著减少系统空化;油源转速低于3500 r/min时,转速变化对系统空化现象的影响较小,转速高于3500 r/min时,系统内的空化现象随着转速的增大而加剧;在转速和工作压力不变的条件下,随着吸入压力的增大,系统油源内部流场空化现象减弱,系统压力脉动减小。对扩大吸油管路直径后的FAST电液促动器进行试验,未出现振动现象,且噪声等级降至60 dB以下。研究成果为合理判断系统内空化产生的原因和提高FAST促动器的可靠性打下了理论基础。     

An experimental study on the cavitation vibration characteristics of a centrifugal pump at normal flow rate

Cavitation is a challenging flow abnormality that leads to undesirable effects on the energy performance of the centrifugal pump and the reliable operation of the pump system. The onset and mechanism of a phenomenon that results in unsteady cavitation must be realised to ensure a reliable operation of pumps under the cavitation state. This study focuses on cavitation instability at normal flow rate, at which point the unsteady cavitation occurs as the available net positive suction head (NPSHa) falls below 5.61 m for the researched pump. An ameliorative algorithm–united algorithm for cavitation vibration analysis is proposed on the basis of short time Fourier transform (STFT) and Wigner–Ville distribution (WVD). The STFT–WVD method is then tested using vibration data measured from the centrifugal pump. The relationship between vibration and suction performance indicates that the inception and development of cavitation can be effectively detected by the distribution and intensity of the united algorithm at the testing points. Intermediate frequency components at approximately 6 kHz fluctuate initially with the development of cavitation. A time–frequency characteristic is found to be conducive to monitoring the cavitation performance of centrifugal pumps.     

内啮合齿轮泵流场的数值模拟

采用Fluent的动网格技术,对内啮合齿轮泵内部流场进行了二维非定常计算,得到了内啮合齿轮泵在不同工况下的流场特性。结果表明内啮合齿轮泵无困油现象,泵转速提高会使压力过渡区相邻两齿之间的压差增大。     

The characteristics investigation under the unsteady cavitation condition in a centrifugal pump

Numerical simulation and experimental method are combined to investigate the pump inlet and outlet pressure fluctuations, the vibration characteristics and the internal flow instabilities under the unsteady cavitation condition in a centrifugal pump. It is found that the unsteady cavitation starts to generate as the NPSHa is lower than 5.93 m. Apparent asymmetric and uneven cavity volume distribution on each blade and in the impeller can be observed as the NPSHa decreases from 4.39 m to 1.44 m, which includes the cavitation develops from cavitation surge, rotating cavitation to asymmetric cavitation. The flow vortexes in each blade channel are produced in the cavity trailing edges by the shedding and collapse of cavitation, which interfere with each other and aggravate the flow instabilities. The dominant frequencies of the pump inlet and outlet pressure fluctuations are the shaft frequency and blade passing frequency under the unsteady cavitation conditions, respectively. Broadband pulses are obtained from both the pump inlet and outlet pressure pulsations, which results from the random shedding and collapse of unsteady cavitation bubbles. Obvious corresponding relationship between the root mean squares of the vibration measured in different positions and the suction performance curve is found under both the non-cavitation and unsteady cavitation conditions.