为研究运行参数对泵性能及剪切应力的影响,采用高速摄像技术对泵内流动进行拍摄,并对泵内剪切应力状况进行数值模拟。建立血液泵内部流动可视化试验方法,揭示了泵的外特性随叶轮转速及血液流量的变化规律,同时阐明了泵的结构及运行参数对泵内剪切应力的影响。研究结果表明泵内高剪切应力主要集中在蜗舌及叶片尾部,降低转速和增大流量都能够有效降低泵内剪切应力;试验所得流体运动轨迹与模拟结果相一致,且外特性误差在6.9%以内。

文氏管调节阀作为流量控制系统的核心组件,其流量特性对系统控制精度及稳定性具有决定性影响。研究了文氏管调节阀的流量特性,采用包络线法对阀芯型面进行了优化设计,并对优化设计结果进行了CFD仿真分析和试验验证。结果表明抛物面型阀芯可实现调节阀通流面积与阀芯位移之间的线性变化;在出入口压比为0.5的工况下,CFD仿真模拟和调节阀水介质流量特性试验均验证了调节阀位移-流量曲线具有极高线性度,进一步说明了抛物面型阀芯设计准确有效。同时,通过可视化试验图像可知,由于空化流动状态发生改变,调节阀阀芯位移较小时流量系数曲线会出现剧烈波动。

以低压管路内气泡的运动状态为研究对象,建立了气泡在管路内运动的模型。对气泡分别在45°倾斜向下、水平、垂直向上3种管路中匀速运动进行分析。通过理论分析及模型仿真发现,在45°倾斜向下的管路中,气泡在匀速运动时只能聚集于靠近管壁的环状空间上方;在水平管道中,气泡存在于管道上部,在垂直向上的管路中,气泡只沿管道中心向上运动。搭建可视化试验台,观察气泡在不同管路中的运动状态,发现仿真结果与试验观察现象吻合。同时,通过分析当管道含气率在1.18%时,气泡在管路中的聚集和变形情况,发现管道内的压力波动与油液流速和管道的曲率半径相关。

为了研究高海拔和高空作业环境对齿轮泵工作性能的影响,分析了吸油压力对外啮合齿轮泵空化特性的影响规律。采用数值模拟和可视化试验的方法,针对农业机械液压系统中常用的渐开线外啮合齿轮泵进行分析研究。分别在0. 05、0. 10、0. 15 MPa的吸油压力下,数值模拟该泵内部流场的气体体积分数分布;利用高速摄像设备,试验观测记录该泵内的实际流动状态、气泡大小、气泡数量及空化程度等。结果表明在3种不同的吸油压力下,泵内的油液均会出现不同程度的空化现象,空化强度由大到小依次表现为漩涡流、雾化流、气泡;随着吸油压力的升高,泵内油液中出现的气泡数目逐渐减少、气泡体积逐渐减小,泵内油液的最大气体体积分数和空化程度逐渐减小,使得泵内油液的流动状态越来越平稳,进而改善了齿轮泵出口流量的连续性和稳定性。

本文采用PIV（粒子图像速度仪）测试系统来测量水泵模型内部流场的速度分布情况,同时采用NUMECA软件对试验工况进行数值计算。在试验前,对泵壳改造的可行性进行了性能计算验证,对可视化试验部件的强度进行了应力分析。在试验中共选取了4个转速,在每个转速下分别选取3个流量工况,每个工况测量3个流场截面。通过试验测得的整泵性能和泵内流场速度分布特性均与数值计算结果良好吻合,为数值计算方法的准确性提供了有力的验证,为计算方法和优化设计方法的改进方向提供了参考。