摆线转子式机油泵的流体特性分析

　　机油泵是发动机润滑系统的心脏，直接影响着发动机的整机性能，尤其是发动机的使用寿命和节能效果^[1]。转子式机油泵结构紧凑，外形尺寸小，质量轻，吸油真空度较大，泵油量大，供油均匀性好，成本低，在中小型发动机上应用广泛。转子式机油泵由壳体、内转子、外转子和泵盖等组成。内转子用键或销子固定在转子轴上，由曲轴齿轮直接或间接驱动，外转子由内转子带动在壳体孔中旋转。转子泵的运动方式和内啮合齿轮副一样。内转子A 和外转子B 中心的偏心距为e，内转子带动外转子一起沿同一方向转动。内转子比外转子少一个齿，这样就保证了内外转子同向不同步地旋转^[2]。如图1所示。

　　机油泵流体仿真分析比较复杂，由于机油泵腔体内的液体在高速运转时体积不断变化，所以要采用动网格划分，对计算机的性能有较高的要求，并且难以保证精度。通用CFD软件对技术人员的要求较高，缺少经验的技术人员往往不能得到理想的结果。采用Pumplinx 软件很好地解决了这些问题。

　　1 计算模型^[3]

　　流体流动所遵循的物理定律，是建立流体运动方程的依据。流体满足质量守恒定律、动量守恒、能量守恒等，另外需要考虑不同的流态等。

　　式中: Ω( t) 表示控制体，σ 和n 分别表示控制体表面以及表面的外部矢量; ρ 是液体的密度; v 和vσ表示液体的流速和表面流速; p 表示压力，f 表示体力。剪应力系数 珘τ由黏度μ和速度决定，可以表示为

　　式中: u_i( i = 1，2，3) 是速度v 在3 个坐标上的分量。δ_ij表示为

　　Pumplinx 空化模型是基于两相流动思想，采用Rayleigh Plesset 方程求解气泡变化动态过程[4]

　　其中: d_v是气体分布率; σ_v为湍流施密特数; R_e和R_c是气体生成率和凝结率，可以通过下式计算

　　其中: C_e取 0. 02，C_c取0. 01。

　　2 转子式机油泵流场数值模拟

　　2. 1 转子式机油泵的流场建模

　　根据转子泵的参数建立流场的三维流场模型，考虑机油泵侧盖间隙的泄漏情况。采用UG 软件建立机油泵的物理模型，并通过布尔运算得到机油泵的流场部分的三维模型。在Pumplinx 中导入泵的STL 文件，进行网格划分。采用自动网格生成器专有的几何等角自适应二元树算法，即CAB 算法CAB 算法在由封闭表面构成的体域生成迪卡尔六面体网格。在靠近几何边界，CAB 自动调整网格来适应几何曲面和几何边界线。为了适应关键性的几何特征，CAB 通过不断地分裂网格来自动地调整网格大小，这是利用最小的网格分辨细节特征的最有效方法。另外，泵转子的网格采用自动结构化网格生成器生成。