水压轴向柱塞泵流量脉动动态仿真

　　1 概述

　　随着人们环保意识的增强和可持续发展的要求,以天然水为工作介质的水压系统及其技术逐渐成为液压行业的研究热点。水压泵作为水压系统的关键元件,其性能的优劣直接影响其应用。而流量脉动又是衡量泵性能的关键指标之一,并且减小水压柱塞泵配流过程中的流量脉动对降低压力冲击和噪声有着十分重要的意义。本文采用CFD仿真技术对水压轴向柱塞泵配流过程进行可视化仿真,分析配流过程中的流量脉动,为改进水压轴向柱塞泵的结构和性能提供依据。

　　2 水压轴向柱塞泵的几何模型和计算条件

　　2.1 几何模型的建立与网格划分

　　图1为某典型定量轴向柱塞泵的工作原理图,它主要由柱塞、缸体、滑靴、斜盘及配流盘等组成。由于滑靴部分对流量脉动影响很小,可将几何模型进行一定的简化。简化后几何模型的主要参数如表1所示。

　　常规油压柱塞泵封油形式采用/负开口0,开口角度H在-1b

　　由于运用CFD软件进行流体分析时,只需考虑流体部分的流动,根据这一原则,仅取流体区域来建立水压轴向柱塞泵的模型。本例运用有限体积法将模型划分为74820个六面体单元。89247个节点,所得模型网格结构如图2所示。图中大腰形槽上端九个直径相同的圆柱部分代表缸体中柱塞腔内密闭的工作容积,大腰形槽代表配流盘上的腰形槽,其他由圆锥和圆柱组成的部分代表吸水腔和压水腔的流道内的流体,其中直径较大的代表吸水腔流道,直径较小的代表排水腔流道。

　　2.2 计算条件

　　根据天然水的物理特性(如表2),对模型的流体流动状态作如下假设:

　　流体为不可压缩、牛顿流体;

　　通过计算,模型中最小的雷诺数为3200,大于临界雷诺数Recri(2000~3000),因此该模型中水的流动状态主要是紊流,可采用k-E紊流模型。

式中 U--吸水口流速

　　I--紊流强度

　　CL--紊流模型中的系数

　　l--混合长度([入口高度的1/10).

　　本文计算中I取推荐值011,CL取0109,l取01001(<010032)。

　　3 移动网格的选择

　　在大多数流体动力学分析中,流体之间的相对运动是由固体元件之间的相对运动引起的。在CFD计算方法中,流体之间的这种相对运动主要通过移动网格技术来实现。这种技术的关键是滑移表面的确定,滑移表面主要有两种:一是规则滑移表面(RSI),二是不规则滑移表面(ASI)。RSI技术要求相对滑移表面的网格表面必须完全相同,并时刻保持一一对应关系;而ASI技术对滑移表面的网格没有这么严格的要求,只要具有相对滑移的表面之间的间隙保持在一定的误差范围之内就可以了。