基于配流盘表面形貌的柱塞泵空化现象研究

针对轴向柱塞泵配流副内的空化现象,建立了考虑配流盘表面形貌的柱塞泵配流副空化模型,分析了压力、转速和配流盘表面形貌对轴向柱塞泵配流副内空化现象的影响。首先,由于机加工零部件表面具备分形特征,采用了分形理论模拟配流盘表面形貌,在此基础上建立了轴向柱塞泵配流副空化模型;然后,采用有限差分法和松弛迭代法求解了数学模型,得到了符合精度要求的数值解,从而得出了配流副油膜压力分布特征,在此基础上分析了配流盘表面容易发生空化的位置;最后,通过改变配流副的压力、转速和分形参数,得到了不同的压力、缸体转速和表面形貌对配流副空化现象的影响。研究结果表明：配流盘表面易在高压和低压的过渡区域发生局部空化,当配流副排油腔压力达到30 MPa,且配流盘表面较粗糙时,配流盘局部气体体积分数达到92%左右;采用提高配流盘表面的加工精度,降低其表面粗糙度的方法,可以降低配流盘表面产生空化现象的严重程度。     

轴向柱塞泵空化现象的研究现状

空化是轴向柱塞泵中比较普遍的现象,其机理复杂,不易观察和控制。通过对国内外该领域的研究情况进行总结归纳,发现研究该领域主要围绕对轴向柱塞泵柱塞腔内以及配流盘表面的空化现象进行数学建模以及仿真分析,最后实验测试并因此得出抗空化结构并分析其中的优势和不足。对于CFD仿真分析中的主要三种软件进行归纳整理,并对他们的仿真的优势和不足进行说明;并预测今后空化的研究方向和发展趋势。     

功率超声珩磨空化试验分析

功率超声珩磨加工过程中会发生空化现象,为探究空化对被加工材料表面的影响,进行超声珩磨空化正交试验并针对凹坑最大直径、表面侵蚀率、表面粗糙度三个指标进行试验分析,这三个指标可分别表征单泡溃灭强度,整体空化强度及空化对材料表面质量影响,结果表明：空化造成材料表面微小凹坑,影响凹坑最大直径的主要因素依次为距离和振幅,距离越小,振幅越大,则凹坑最大直径越大;影响表面侵蚀率的主要因素依次为试验时间和距离;而振幅则对材料表面粗糙度的影响最大,在距离5 mm、振幅65%、试验时间1/3 min条件下,试样表面粗糙度降低,表面质量提高。因此,在一定条件下,空化效应有助于改善超声珩磨中工件表面质量,试验分析结果对超声珩磨实际加工具有借鉴意义。     

基于全空化模型的高压柱塞泵配流盘空化研究

空化是影响轴向柱塞泵性能的主要因素之一, 将引起轴向柱塞泵的内部冲击和噪声, 甚至失效等问题。采用Pumplinx建立轴向柱塞泵内部流体域动态模型, 仿真分析了轴向柱塞泵配流盘吸油口卸荷槽和腰型槽内部流场速度、压力及空泡随时间的变化规律。研究结果表明, 空化不仅影响配流盘卸荷槽的高低压过渡区, 而且对配流盘吸油口侧的腰型槽内壁同样会产生严重影响。通过对比斜盘轴向柱塞泵在35 MPa全排量工况下, 耐久性试验过程中出现的配流盘吸油口腰型槽内壁表面金属剥蚀区域, 验证了仿真结果的准确性。     

基于全空化模型的柱塞泵内空化流动数值模拟

针对典型斜盘式轴向柱塞泵工作时出现的空化现象,以某高压柱塞泵为例,建立了柱塞泵配流过程中,气液混合相的连续性控制方程和运动控制方程,推导了基于气液两相流的质量输运控制方程,并对柱塞泵进行了空化流动的数值模拟。仿真结果表明,不同的转速、压差和配流盘结构对柱塞腔内部、配流盘表面以及缸体与配流盘接触处的空化存在影响,且仿真结果与实验检测数据结果是吻合的。     

轴向柱塞泵内部空化流的可视化分析

通过设计泵的模型对轴向柱塞泵的配流盘的切口(V型槽)附近喷射流动进行可视化分析。使用高速摄像机从轴向和垂直于轴的方向能够清晰地观测到空化现象。另一方面,应用三维DES(Detached Eddy Simulation,分离涡模拟)湍流空化模型进行CFD仿真分析来估计空化现象的发生和区域。通过比较在3 MPa和5 MPa压力(300 r/min和600 r/min泵转速)条件下空化的仿真和实验结果,表明CFD仿真与可视化实验有很好的一致性,对于估计空化的范围是非常有用的。进一步得到了24 MPa(2400 r/min泵转速)情况下的空化云图并讨论了气蚀的产生。最后通过使用3个V型槽的配流盘成功地抑制了空化效应。     

斜盘轴向柱塞泵配流副流固耦合润滑机理研究

当斜盘轴向柱塞泵处于高压工况时，其配流盘会产生翘曲变形。基于弹性流体动力润滑理论，建立斜盘轴向柱塞泵配流副流固耦合模型，求解配流副润滑控制方程，分析了斜盘轴向柱塞泵缸体转速、缸体倾角、液压油黏度、配流副油膜厚度、配流副密封带宽度等工况与结构参数对其配流盘发生翘曲变形的影响。研究显示：斜盘轴向柱塞泵配流盘变形云图以腰形槽中心连线为轴线呈现一定的对称分布；配流盘高压侧外密封带区域变形最大，配流盘低压侧外密封带区域变形最小；在相同工况下，配流盘的材料与结构影响配流副油膜厚度与形状。     

水压柱塞泵关键结构参数对泵内空化的影响

针对水压柱塞泵由于空化引起的噪声、振动以及元件的腐蚀等问题,基于全空化模型与k-ε湍流模型,分析了柱塞腔在不同位置的气相体积分数的分布以及该分布产生的机理、卸荷槽处产生空化的机理,得到了不同斜盘倾角下柱塞腔和配流盘吸水口处气相体积分数随转角变化的特性曲线,以及一级卸荷槽深度与其气相体积分数和柱塞腔压力脉动率的关系。数值计算结果表明：空化主要发生在位于吸水区域的柱塞腔;与配流盘吸水口接触瞬时的柱塞腔的气相体积分数最高;减小斜盘倾角可以减小柱塞腔和配流盘吸水口的气相体积分数与持续时间;增大一级卸荷槽深度可以减小卸荷槽处空化程度,但会增大柱塞腔的压力尖峰和压力脉动率。     

配流盘三角形节流槽抗空化结构改进研究

轴向柱塞泵配流盘三角形节流槽主要是减小柱塞腔及泵出口压力的波动.由于节流槽过流面积小,且槽两端压差大,流体高速流过节流槽的同时压力急剧减小,从而产生空化.为减小配流盘三角形节流槽的空化,提出对配流盘三角形节流槽抗空化的结构改进方案:预卸压阶段,在不改变节流槽通流面积的条件下,减小三角形节流槽倾角可提高其空化抑制性;预升...     

基于PumpLinx柱塞泵配流盘三角槽结构的优化

在轴向柱塞泵中,配流盘作为最重要的元件之一,对于降低流量脉动和噪声有着至关重要的影响,该文主要针对轴向柱塞泵配流盘减震槽结构对泵内压力,流量产生的影响,对轴向柱塞泵的配流盘进行研究。通过设置不同形状配流盘减震槽的过流面积,在SolidWorks内对不同形状过流面积进行实体模型建模。该模型考虑到了油液的压缩性、柱塞副、配流副的泄露和流量倒灌对泵内流体产生的影响。通过PumpLinx对实体模型经行仿真,通过对比分析,仿真结果发现配流盘减震槽结构优化后,泵体内部的流量和压力脉动都有明显的降低,气蚀也有明显的降低。     

倒角阀座式水压锥阀空化射流动态行为数值模拟

使用可压缩的VOF空化两相流算法对倒角型阀座水压锥阀的空化射流进行了三维瞬态流场仿真。模拟结果揭示,空化结构首先在狭窄的倒角阀座流道内以附着空化的形式出现;在压差为4.4 MPa的工况条件下,空化分布集中在3个区域,阀座流道内及阀芯后沿的附着型空化,阀座流道至阀芯后沿的漩涡空化。射流势核在阀座流道入口及阀芯后沿均有分离流现象,从而诱发附着型空化;而大尺寸漩涡结构主要分布于射流势核的自由剪切层侧,漩涡空化亦相应地集中在自由剪切层侧,壁面侧偶发性形成薄层型漩涡空化。由于整体的空化行为涉及多个不同类型空化的耦合,其动态演变的周期特性受到干扰。阀座流道后部的脱落空化伴有明显的三维漩涡结构,阀芯后沿的漩涡空化与附着空化通过耦合作用形成大尺寸汽泡结构,揭示了后沿下游稀疏分布的大尺寸空化结构的产生过程。通过开展三维瞬态模拟,结合流场结构探索了空化射流的动态特性,从流体力学的层面解释了实验观测到的空化形态及分布规律。     

水压锥阀空化射流流场结构与流量特性的相关性研究

为了研究水压锥阀空化流场与流量特性的相关性,对两种阀座结构的水压锥阀内部的空化射流开展了三维动态流场仿真.结果表明,直角型锥阀和倒角型锥阀均在阀芯后沿存在分离流诱发的附着型空化,在阀口下游有漩涡空化;此外,倒角阀座流道内亦存在分离流现象并形成附着型空化.倒角型流道入口处的分离流造成流体的局部加速,对于0.6 mm开口度...     

Cavitation erosion resistance of stellite alloy weld overlays

Stellite alloys have excellent cavitation erosion resistance and are often used for liquid machinery, but the erosion properties of various stellite alloys have not been evaluated by a standard method. In this study, we evaluate the erosion resistance for various stellite alloy weld overlays of ST6 and ST21 in a vibrating method and in a cavitating liquid jet method. The grain size of the Co matrix affects the cavitation erosion resistance of stellite alloy weld overlays of ST6. The erosion rate of the maximum rate stage of stellite weld overlay alloys of ST6-1, ST6-2 and ST6-3 were found to be about 1/13 to 1/7 times that of SUS304. Moreover, we clarified the cavitation erosion mechanism of SUS304 and ST6 by scanning electron microscopy. Furthermore, by comparing the erosion behavior in a cavitating liquid jet method with that in a vibratory method, it was found that the erosion rate of the cavitating jet method and the vibratory method have a good correlation.     

内流道形状对溢流阀气穴噪声影响的研究

从流场控制的角度,研究了溢流阀内流道结构对气穴及气穴噪声的影响。采用流场数值仿真和流动显示试验,获得了溢流阀主阀流道内的压力和气穴分布图像,仿真结果中的低压区与试验结果中气穴区基本吻合。此外,对两种溢流阀主阀流道结构进行了噪声测试和对比分析。结果表明,具有环形槽的主阀芯结构能有效抑制气穴和气穴噪声。这项研究对于以降低噪声为目标的溢流阀流道结构优化设计具有一定的指导意义。     

Structure influence on the operating limit range and mixing performance of non-axisymmetric jet pump

Although cavitation chocked jet pumps guarantee a steady and accurate liquid mixture, the existing pumps have the shortcomings of big energy loss and small cavitation working range. In the current study, aiming at enhancing the performance of the cavitation mixing devices, an innovative non-axisymmetric jet pump design is proposed. The cavitation characteristics and the mixing performance of the new design have been investigated by both computational simulation and experimental testing. Based on the results of computational fluid dynamics (CFD), it is found that the cavitation on the suction tube side is strengthened due to the turbulence caused by the abrupt change in the local flow channel structure, while the cavitation on the opposite side is weakened due to the gradual flow channel structure. Our experimental testing results prove that our new design can provide a steady mixing ratio as long as the non-axisymmetric vapor cloud steadily covers the suction tube outlet. Furthermore, geometric parameters (convergent angle, divergent angle, throat length and area ratio) of the device have been optimized through the orthogonal analysis. The critical pressure ratio of the optimized device ranges from 0.76 to 0.63 when the critical flow ratio is in the range of 0–10%, which indicates that the optimized device has much less energy loss and a wider working range than the current axisymmetric cavitating jet pumps. Through quantitative energy loss analysis, we have found that the cavitation maintenance corresponds to the greatest energy loss in the jet pumps, yet our non-axisymmetric structure design could effectively reduces energy loss. The current research reveals the physical mechanism on how a non-axisymmetric structure affects the cavitation characteristics as well as the performance of jet pumps.     

收缩-扩散型喷嘴内高速泡液流稳态解的分岔

空化水射流技术的关键是空化喷嘴 ,实验证明空化喷嘴出口形状对喷嘴的空化效果影响很大。对在具有收缩 扩散形状的喷嘴内高速泡液流稳态解的分析表明 :泡液流中很小的空隙率亦强烈地影响着其流动特性。当空隙率为临界值αc=1.895 993× 10 -4时 ,泡液流稳态解出现分岔现象。收缩 扩散型出口形状更利于喷嘴产生空化     

煤液化热高分液控阀空蚀磨损耦合研究

采用煤液化热高分液控阀的实际操作条件、工艺介质和结构特性,基于两相空化流动方程、Lagrangian固体颗粒控制方程和RNG k-ε湍流模型,开展空蚀和磨损的耦合计算。计算结果表明:在阀芯的出口处,由于流速降低导致的分离现象,会出现回流区和空化带;在阀芯和阀座的间隙处,由于局部压力降低至液相的饱和蒸汽压以下,阀芯壁面存在明显的空化区域,易发生空蚀;阀座的近壁面存在高速固体颗粒的团聚现象,易发生磨损。实际失效案例与数值计算的结果基本一致,验证了数值计算的可靠性。     

偏导射流阀前置级流场特征参数的仿真计算

根据偏导射流阀前置级的结构以及内部油液的流动特性,将前置级射流过程分为两个阶段。采用标准k-e模型对前置级流场进行了两相流二维数值计算,对两次射流过程中油液的流动形态以及流场压力和速度分布特点展开研究。分析得出,初次射流为自由紊动射流,二次射流为冲击射流,并发现在偏转板处于中位时两接收腔外侧圆弧拐角低压区处出现空化现象。偏导射流阀实际工作过程中偏转板会发生偏移,因此,建立了不同偏移量下的仿真模型,分析了不同偏移量下流场信息的变化规律,获得了前置级流场的压力云图以及对应的速度矢量图。利用仿真结果中两接收腔压力值和V形槽两侧壁静态压力数据,分别计算出了前置级流场的压力增益和液动力的大小。为偏导射流阀基础特性的深入分析奠定了基础,并对该类阀设计的改进和优化具有理论指导意义。