凸轮泵转子型线优化设计及模拟计算

针对渐开线转子型线进行优化设计,在转子型线为渐开线-圆弧的基础上,引入一段高阶曲线,衔接渐开线与圆弧之间的过渡曲线,有效的消除曲线连接处所形成的"尖点"现象.通过对高阶曲线的边界限制和计算机软件的实施得出高阶曲线的方程,并根据几何方法及渐开线的性质从而得到整个转子型线的参数方程,并建立其三维模型.采用动网格技术对凸轮泵三维模型数值模拟计算,结果表明:优化后的模型出口处的"脉动"现象有很大的改善,有效的降低了工作噪音.随着转速的提升,介质在出口处的平均速度也随之升高.通过对比流场的模拟计算和实验结果,验证了模拟计算方法的可行性.     

燃料电池气体循环泵多叶转子腔内部气动性能数值研究

为了研究转子间隙、转子叶数与凸轮式气体循环泵气动特性曲线之间的定量关系,并获得不同叶数转子径向激励力的分布规律,基于对称性原理,采用数学分析法和坐标变换法推导了3～6叶的圆弧渐开线圆弧型转子型线方程,并分别选择5种不同的转子间隙加以研究。基于动网格技术和RNGk-ε湍流模型,对不同间隙、不同叶数的转子进行三维非定常数值分析,揭示转子间隙、叶数对气体循环泵流量/压力特性、激励力的影响规律,并通过实验进行了验证。研究表明:随着转子间隙由0.1mm增大到0.3mm,不同叶数的转子出口平均流量、容积效率均呈下降趋势,且3叶转子的下降幅度最大,分别下降了0.009 4kg·s~(-1)、28.6%;3叶、4叶转子在0.15mm间隙时流量脉动强度相对最低,5叶、6叶转子在0.25mm间隙时流量脉动强度相对最低;泵出口平均流量、出口平均总压均与转子叶数呈反比关系,随着叶数的增加,转子腔内压力分布得到改善,内部增压过程更为稳定;随着叶数增多,转子径向激励力的x轴分量Fx的脉动幅值和脉动强度显著降低,但叶数对转子径向激励力的y轴分量Fy的影响不显著。     

凸轮泵转子设计及内部瞬态特性数值模拟

以两叶、三叶凸轮泵为主要研究对象,首先建立渐开线型两叶、三叶凸轮泵转子型线,然后以CFD软件Fluent为工具,采用RNGk-ε湍流模型和PISO算法,并且借助Fluent动网格技术和UDF函数对凸轮泵内部流场进行非定常的动态数值模拟,研究凸轮泵内瞬时流场分布以及压强、速度变化规律.结果表明:基于动网格技术的凸轮泵内部流场的动态数值模拟,能够较真实地反映凸轮泵内部湍流流动的流场分布以及两叶、三叶凸轮泵内部流场的压强和速度的动态变化.由于凸轮泵转子之间、转子与泵内壁间间隙的存在,高压区域会通过间隙向低压区域高速返流,且压差越大涡旋越强,回流冲击越大,最终结果使得工作腔的压力升高.不管两叶还是三叶转子在转动时内部都会产生涡旋现象,且涡旋的位置、形状和大小随着转子的转动而周期性地产生、发展和消失.     

滑片泵在二甲醚发动机共轨燃料系统低压回路中的应用

二甲醚发动机中,利用高压氮气罐可克服共轨燃料系统低压回路中产生的气阻,但其本身因体积较大等不利于小型化车载应用。本文提出用滑片泵替代高压氮气罐作为加压装置,并运用AMESim进行仿真,模拟滑片泵在低压回路中的工作过程,确定其合理的参数。仿真结果表明,采用滑片泵作为加压装置,当取吸油区窗口幅角为(45°~155°)、压油区窗口幅角为(230°~324°)时,该滑片泵单个腔体输入压力可保持在0.5 MPa之上,峰值输出压力为2MPa,满足二甲醚发动机共轨燃料系统低压回路对供油压力的要求;输出流量的频率随转子转速的增大而变高,而与偏心距大小无关;增大滑片泵转子转速和偏心距均可有效增大滑片泵输出流量及其波动幅度;该滑片泵的偏心距为1.5mm、转速为400 r/min时,其输出流量更接近所需最大供油量4.56L/min,且波动幅度较小。     

不同转速下离心泵压力脉动的试验研究

离心泵的压力脉动对泵的安全稳定运行有重要影响。为了揭示离心泵运行于不同转速下的压力脉动特性,以一台单叶片离心泵为试验研究对象,测量了泵在不同转速下的外特性曲线,并采用高频压力传感器测量了泵在不同转速时的压力脉动,获得了压力脉动的时域图、频域图,以及不同流量工况下的压力脉动强度分布曲线。外特性试验结果表明:不同转速下泵H-Q曲线基本平行,符合相似换算。试验结果表明:蜗壳内压力脉动从隔舌沿着泵转子旋转方向逐渐减弱,在额定流量工况附近压力脉动强度最小。频域分析表明:压力脉动主频为叶轮转频fn,但由于单叶片离心泵内存在较强的流动分离,在5 fn范围内也存在明显的宽频压力脉动信号。随着转速的降低,蜗壳内压力脉动强度明显降低,但并不完全符合相似换算;转速越高蜗壳-叶轮的势流干涉作用越强,压力脉动周期性越明显;在低转速小流量时尾迹干涉表现明显,压力脉动变得更复杂,周期性减弱。     

喷水推进器内非定常压力脉动特性

基于RANS方程和SST湍流模型,对喷水推进器内非定常流场进行数值模拟.经网格无关性分析后,计算得到的功率、推力与试验值对比最大误差小于4%.分析了设计转速工况和自航工况时叶轮进口、叶轮出口、导叶中部和导叶出口压力脉动的时域和频域特性.结果表明:喷水推进器内最大压力脉动发生在叶轮进口;受不均匀来流影响,叶轮进口从80°至140°半径方向的压力脉动较大;在叶轮进口与出口处,压力脉动主要受叶轮叶频控制,从轮毂到轮缘脉动幅值逐渐增大;设计转速条件下,喷水推进器运行于设计航速工况时叶轮进口压力脉动最小;自由航行时,压力脉动频率与喷水推进器转速呈线性关系,脉动幅值随航速增加而升高.     

凸轮转子型双定子叶片泵泄漏与容积效率分析

针对传统液压泵难以输出多种流量和压力的问题,结合凸轮转子叶片泵的结构及双定子的思想,提出一种新型凸轮转子型双定子叶片泵。该泵含有凸轮转子、外定子及内定子并在一个壳体内形成了两泵,两泵流量成比例,从而实现了多个压力、不同流量的输出,或者驱动多个压力、不同流量的液压系统同时工作。通过对凸轮转子型双定子叶片泵内部结构的分析,归纳出内、外泵在不同组合方式下的理论排量计算式,得出主要内泄漏途径。内泵单独供油、外泵单独供油和内外泵联合供油3种工作状态的比较表明,随着负载压力的增大,所提泵的容积效率随之降低,在同一输出压力下内泵单独工作时的容积效率最低,外泵单独工作时容积效率最高。该结果可为凸轮转子型双定子叶片泵的设计及应用提供参考。     

往复泵装置水力特性的仿真研究

为了得到安装空气室后工作缸的压力特性和管道的流量特性,根据往复泵非定常流动特点和空气室调节流量原理,建立了泵装置水力特性的仿真数学模型,用数值逼近法求二阶非线性方程组中压力解,提出了迭代计算中的收敛方法并利用计算机进行仿真实验.结果表明,泵启动后一段时间内,排液过程压力和流量曲线会呈现波动性,先突然升高至最大值,然后逐渐衰减并稳定在平均值,波动周期大于2π,吸液过程压力有可能先降低至最低值然后回升,波动幅值取决于泵转速n和空气室气体初始容积Vk0.压力和流量特性除有波动性外,还具有脉动性,其周期≤2π,由工作缸数决定,幅值大小也取决于n和Vk0.     

叶片型线对离心黏油泵性能的影响

针对目前离心油泵的叶片绘型未考虑黏度因素影响的情况,采用FLUENT6.1软件通过数值计算方法研究泵送温度下运动黏度为1、24、60mm2/s 3种黏度的介质在包角分别为90°、110°、130°3种叶片型线对离心泵性能的影响.结果表明:随着叶片包角增大,扬程-流量曲线变得陡峭,相同流量下,泵扬程降低,且此特性与介质黏度无关;设计工况下,130°包角泵输水时的效率最高,而110°包角泵在最优工况下输黏油时效率最高;采用不同黏度的介质时,离心泵内部压力和速度分布与采用清水介质得到的规律基本一致.     

降低凸轮转子式叶片泵流量脉动问题探讨

本文介绍降低凸轮转子式叶片泵流量脉动的另一途径——采用小园弧所对中心角小于大园弧所对中心角的凸轮转子,可以达到降低流量脉动的目的。用试算法可以定出流量脉动最小时的最合理的减小角2×(θ/2)。     

顾及叶片厚度时的凸轮转子式叶片泵的流量特性

叶片无限薄时凸轮转子式叶片泵的流量持性,作者在文献1、2和3中曾进行了研究、结论指出:凸轮转子过渡曲线采用速度图对称的等加速等减速曲线时,瞬时流量具有脉动性,如果采用速度图不对称的等加速等减速的过渡曲线,或者采用减小小园弧所对中心角的过渡曲线,可以达到降低流量脉动的目的,但不能完全消除流量脉动。实际上叶片有厚度.本文进一步研究叶片厚度对上述三种过渡曲线的凸轮转子式叶片泵流量特性的影响,以及流量不均匀性系数的计算,并进行比较.     

凸轮转子叶片马达的过渡曲线中心角参数优化

提出了针对凸轮转子外轮廓过渡曲线段的参数优化设计方法.通过对马达关键参数解析式推导及分析,得出了压力角、叶片干扰转矩、流量脉动、泄漏量与过渡曲线中心角之间的关系.通过解析计算及仿真,得出了该类型叶片马达凸轮转子设计的理论依据和优化参数.经过实验验证,基于该中心角优化参数设计的凸轮转子叶片马达取得了良好的伺服精度,证明了凸轮转子过渡曲线段中心角参数优化设计的正确性和可行性.     

包角对中转速比离心泵流场及压力脉动的影响

为了研究叶片包角对中转速比离心泵性能的影响,以转速比为129的中转速比离心泵为研究对象,在确保叶轮其他设计参数恒定的同时,设计了90°、100°、110°、120°、130°5种包角的叶轮。运用Fluent仿真软件非定常数值模拟计算得到不同包角情况下泵外部特性曲线及叶轮内部压力和速度分布云图,通过测量水泵蜗壳及叶轮内7个监测点压力的数据得到离心泵压力脉动特性。研究结果表明:水泵扬程及效率随叶片包角的增大均有所降低且效率最高点向小流量方向偏移,包角增至130°时相比90°包角,扬程降低13%,效率降低5.2%;随着包角的增大,叶片进口低压区增多,出口高压区减少,叶轮内低速区减少,出口速度增大;额定流量下,蜗壳内压力脉动主频约为一倍叶频,流道内压力脉动主频约为一倍转频,各监测点压力脉动幅值随包角增大整体呈上升趋势。于是,综合考虑选取120°作为中转速比离心泵包角最优取值。探究叶片包角对中转速比离心泵内部流场及压力脉动影响规律,可为中转速比离心泵水力优化提供理论支持。     

基于凸轮曲线的阀配流柱塞泵输出特性分析

为提高柱塞泵配流阀的响应特性,满足高速工况需求,提出一种应用于高响应轴向柱塞泵的凸轮组合方程曲线设计方法.以阀配流轴向柱塞泵为对象,分别搭建基于余弦方程、高次多项式与组合方程曲线的柱塞泵液压仿真模型,分析不同凸轮曲线对配流阀阀芯滞后特性的影响.计算不同凸轮曲线下泵的理论排量和瞬时排量,探究曲线对柱塞泵流量脉动的影响.结果表明:与余弦曲线相比,基于组合方程曲线的配流阀阀芯响应性至少提高了30％,但在该方程曲线下,柱塞泵仍存在一定的流量脉动,研究成果为轴向曲线式柱塞泵曲线的选型与优化提供理论依据.     

射流泵喷嘴收缩角的取值

为了研究喷嘴收缩角对射流泵性能的影响,采用数值计算和试验研究相结合的方法,对浙江某公司生产的XDPm255A型射流泵进行了研究.根据Fluent的数值模拟结果,在射流泵不同面积比下,分析不同的喷嘴收缩角对射流泵内部流场以及外特性的影响.通过数据拟合,进一步得到面积比在2.01~5.06时射流泵喷嘴收缩角在高效区取值的拟合趋势线,并对其进行试验验证.结果表明:当射流泵的面积比一定时,对应不同的喷嘴收缩角均存在1个最优流量比,其可使射流泵的效率达到最高;当面积比增大时,最优流量比也随之增大;射流泵高效区喷嘴收缩角取值拟合趋势线是可靠的.     

多级平行轴滚筒齿轮数学建模及动力学分析

为了提高胶印机运行稳定性和印刷效率,针对齿轮传动系统动力学问题,建立多级平行轴滚筒齿轮数学模型,利用数值解分析系统动力学特性.在合理简化基础上,用数学公式描述滚筒齿轮的动态啮合力、啮合刚度、啮合阻尼、静态传动误差、等效轴承刚度和等效质量.基于集中参数法建立多级平行轴滚筒齿轮动力学模型,利用Newmark-β法求解系统控制方程.最后,从动态啮合力、角速度两方面与ADAMS模拟仿真结果做对比,验证了所建数学模型的计算精度,分析了加速度随转速的变化趋势,并研究螺旋角、压力角对啮合刚度波动的影响.数值结果显示,加速度随转速的提高而增大,在7 000,11 000,16 000 r/h转速下出现峰值;当螺旋角为10°、压力角为16°时,啮合刚度标准差较小.所建数学模型能够为滚筒齿轮系统动态特性的改善提供理论支持和分析方法.     

不同叶片数对低比转速离心泵压力脉动的影响

为了研究不同叶片数对压力脉动的影响,在保证叶轮其他几何参数不变的情况下,将叶片数设计为4、5、6三种情况,采用FLUENT软件、RNGk-ε湍流模型和滑移网格技术,对低比转速离心泵进行了三维非定常数值模拟,分析了不同叶片数对蜗壳隔舌、蜗壳-叶轮间隙以及蜗壳扩散段内压力脉动的影响.结果表明:各个叶片数泵在三个监测点压力脉动频率均以叶片通过频率为主,且在隔舌处压力脉动幅值变化最大;6叶片数泵在小流量下,隔舌处压力脉动幅值变化均小于4、5叶片数,其最大脉动幅值约为静压均值的9%左右;5叶片数泵隔舌处,在0.6、1.4倍设计流量时压力脉动幅值明显大于设计流量下的幅值,约为设计工况下幅值的2倍和2.4倍;4叶片数泵在1.0、1.4倍的设计工况下,隔舌处的压力脉动变化最大,其最大幅值约为设计叶片数的1.29倍和1.4倍.在不同叶片数时,蜗壳扩散段和蜗壳-叶轮间隙内压力脉动变化相对隔舌处较小.     

转柱泵瞬时流量的理论推导及数值模拟

为研究转柱泵瞬时流量变化规律的影响因素,设计转柱泵的计算模型.按照其结构与工作原理,从理论上推导出瞬时流量的计算公式,采用动网格技术和编译自定义函数,并结合k-ε湍流模型,对转柱泵内部流场进行非定常数值模拟.结果表明:转柱泵瞬时流量理论计算的推导结果与数值模拟结果基本吻合,转柱泵的瞬时流量呈周期性脉动;泵进出口配流位置角度极为重要,若出口位置滞后,则产生闭死容积,液压腔内盘内压力迅速升高,并产生压力自由震荡,导致在数值模拟中瞬时流量每个周期会出现一段周期性、无规律的上下波动;除了外部尺寸参数以外,配流盘转角设置是转柱泵瞬时流量重要的影响因素.     

基于集中参数法的内啮合齿轮泵仿真

建立了内啮合齿轮泵的集中参数模型,用于分析泵的工作性能,包括泵的容积效率、出口流量及压力脉动、困油流量以及三角槽流量等.将泵内部容腔划分成吸油腔、过渡腔、排油腔及困油腔四个容腔,并对每个容腔基于流量连续性方程建模,分析容腔的压力及流量变化过程.通过对出口流量和出口压力脉动两方面的仿真结果与试验数据的对比,验证了模型的正确性.仿真结果表明:困油流量会使得泵出口流量上升;此外,还会使得泵出口压力脉动及流量脉动下降,下降比例达46%和60%.三角槽流量使得过渡腔压力平稳过渡,但是会导致泵出口流量下降;此外,三角槽流量和泵内泄漏会导致泵出口压力脉动及流量脉动上升,上升比例达16%和60%.     

双转子凸轮马达的转矩和转速分析

为了增加凸轮马达的工作方式,设计了一种双转子凸轮马达,通过改变凸轮马达进油口的连接方式来改变马达的排量.在流量相同、负载一定的条件下,计算了马达在各种连接工况下的转矩和转速,并对比了各种工况下的转矩脉动.结果表明:双转子凸轮马达4个输入口有6种不同的组合输出,其中两内马达、两外马达、两内两外马达这3种组合的输出转矩脉动较小;双转子凸轮马达有两种差动连接,其中两外两内差动连接可以实现低转矩高转速,且转矩脉动理论值为零.