基于FLUENT的某型压力脉动衰减器的流场分析及优化设计

　　在一般的液压系统中,流体的传输过程不可避免地会产生流量和压力脉动,绝大多数情况下,这些脉动是有害的[1-3]。液压系统的压力脉动不仅会引起系统振动,产生噪声,使系统的工作品质恶化,影响液压元件的用寿命和系统的工作精度[3],严重时,甚至会使系统管路或元件损坏,酿成事故[4-5]。因此,寻求减小液压系统压力脉动的措施便具有重要的意义。

　　目前,多采用在液压泵出口附近安装皮囊式蓄能器的方法来抑制液压系统的压力脉动。此种方法的缺点是蓄能器寿命短、需充气、操作不便,尤其在高压、大流量时,皮囊容易损坏[5-6],而且稳压效果受蓄能器结构参数、状态参数以及流量脉动频率等很多因素影响[7]。

　　另外一种常用的消减液压系统压力脉动的方法是在液压泵出口安装压力脉动衰减器,压力脉动衰减器的结构型式多种多样。作者所研究的大流量高压水管的球形压力脉动衰减器无活动部件、结构简单、安装方便、性能可靠、不需维护、工作频带宽、对泵的转速和压力变化不敏感[5-6,8-10]。

　　应用专业的计算流体动力学(CFD)仿真软件FLUENT,对所研究的球形压力脉动衰减器进行流场分析,并研究了影响其衰减效果的主要结构参数,对于阐释其衰减压力脉动的机理以及对球形压力脉动衰减器进行优化设计具有重要意义。

　　1　压力脉动衰减器工作原理

　　如图1 (压力脉动衰减器流场速度流线图)所示,当流体进入衰减器后,会在挡板和容腔的共同作用下,形成涡流,这样就会使压力脉动得到衰减。

　　2　流场仿真模型

　　应用FLUENT软件对流场进行仿真分析,需要首先通过其前处理软件建立要仿真的流场区域的几何模型,并对其进行网格划分,然后在FLUENT中设置边界条件、选择求解器以及确定计算模型等,最后进行迭代计算。

　　2·1　几何模型

　　运用专业建模软件Pro/E建立要仿真的流场区域的几何模型,如图2所示。

　　2·2　划分网格

　　将在Pro/E中建立的几何模型导入FLUENT的前处理软件GAMBIT中,运用混合网格对其进行划分,划分网格后的模型如图3所示。

　　2·3　设置边界条件

　　边界条件可以在GAMBIT中设置,也可以在FLUENT中设置。对文中所研究流场其边界条件做如下设置:

　　入口处。设为进口压力边界条件,其压力通过用户自定义函数(UDF)设置,压力按正弦曲线规律变化,幅值为11±1MPa。

　　出口处。设为出口压力边界条件,压力设为定值11MPa。

　　对称面。根据几何模型可知,整个流场区域上下对称,可以将图中下表面设为对称面,这样可以大大减小计算量,提高工作效率。