先导式溢流锥阀外锥形阀口结构气穴特性数值分析

为了研究先导式溢流锥阀主阀阀口结构参数对阀口抗气穴性能的影响,基于CFD方法,采用Mixture两相流模型和Schnerr-Sauer空化模型,改变阀口结构参数并分析各阀口的压力和气相体积分数的变化规律,提高阀口的抗气穴性能。结果表明:将阀套内锥面向入口端延伸后,阀口脱流区的压力恢复效果更加显著;另外,环形槽结构对阀口抗气穴性能的影响较大,经对比可知,在保持环型槽结构的轴向位置、长度和深度不变的前提下,45°起始边倾角对应的环形槽结构具有最佳的抗气穴性能。

重负荷发动机冷却液气穴腐蚀评定方法研究

重负荷发动机多采用湿式缸套,易产生气穴腐蚀现象,因此对冷却液的性能要求更高。目前,国内对于轻负荷与重负荷冷却液,一般通过化学组成进行区分,还未建立相关试验标准用于性能评价,因此存在局限性。文章应用超声波法模拟试验,深入研究其测试冷却液抗气穴腐蚀性能的可行性、区分性及重复性,进一步优化改进发动机冷却液超声波气穴腐蚀评定法。优化后的方法可为重负荷冷却液配方的评价及开发提供有效帮助。

出口压差补偿的负载口独立控制系统防气穴特性研究

传统液压系统采用1根阀芯同时控制液压执行器进出口油路,系统能耗大、效率低,且在主动型负载工况下,易出现气穴现象。为防止液压缸在主动型负载工况下产生气穴现象,本文分别对传统液压系统、负载口独立控制系统、进口压差补偿负载口独立控制系统和出口压差补偿负载口独立控制系统4种液压系统防气穴特性进行了理论分析,获得了进、出口阀开口度比μ与空气分离压力Pm、负载力FL等参数之间的关系,建立了4种液压系统仿真模型,设置相同负载力FL、进口阀开口度K1等仿真参数,仿真结果表明,除传统液压系统外,其他3种负载口独立控制系统均可以通过改变μ使进口压力Pa大于0,从而避免气穴现象,且出口压差补偿负载口独立控制系统无需检测负载力FL。通过试验验证了仿真结果的可行性。

2D阀先导级气穴特性的可视化实验

二维(2D)阀的阀芯具有周向转动和轴向移动的2个自由度,可实现先导控制和功率放大。其先导级阀口因节流会产生气穴,引起阀芯振动并伴有噪声,直接影响阀的稳定性。为研究2D阀先导级处气穴现象及其影响因素,开发了一套可视化实验装置,结合两相流仿真研究,验证了气穴现象与阀口开度、敏感腔体积、节流口形状、入口压力关系密切。结果表明:2D阀先导级高压节流口处的气体体积随阀口开度的增加而减少,直至消失;随入口压力增加,气体体积的变化近似呈线性增长趋势;随着敏感腔体积的增大而显著增加,平均增长速度达62%,且气体分布变得不规则;矩形节流口比弓形节流口处的气穴受入口压力等因素的影响较大,弓形节流口在入口压力增加时,气体体积增量仅为矩形的8%;同时发现,随着气体在感受通道内的扩散,气体边界从最初的类矩形变成多段不规则形状。

U型节流槽气穴流仿真分析及多目标优化

利用流场仿真软件对不同开度下的U型节流槽气穴进行仿真分析。通过改变U型节流槽的槽宽B、槽深H、槽长L,讨论了3个参数对气穴体积和气蚀指数σ_(A_(im))的影响。采用正交试验设计方法得到3个结构参数的试验方案,共计16组,利用Kriging曲面插值法求得在3个因素尺寸范围内的所有试验结果,再利用多目标优化算法NSGA-Ⅱ来减小气穴体积和气蚀指数从而实现多目标优化。数值仿真验证结果表明,优化后的U型节流槽结构能够减小气穴体积和气蚀指数。

冷却液抗气穴腐蚀与冲蚀测定方法的研究

为方便、快捷、低成本评价冷却液抗气穴腐蚀与冲蚀性能,研究采纳了欧洲较常使用的FIAT-IVECO冷却液抗气穴腐蚀与冲蚀性能测定方法,并对该方法进行了改进和一系列测试研究。不同样品的测试结果表明,该方法重复性良好(RSD 0.2%~0.3%),测试结果与ASTM D2809测试方法对应性好。该方法耗时短,操作简单,试验费用低,可以用于冷却液抗气穴腐蚀与冲蚀性能的初步测试。

高速齿轮泵无气穴现象的综合补偿方法

为了提高外啮合齿轮泵高转速时的气穴性能,提出了一种小侧隙、新环形卸荷槽和大入油压力的综合补偿方法。通过大、小侧隙下膨胀困油的变化区间、困油容积变化率和困油补偿流量及其卸荷面积与困油压力模型的建立,实例比较了常规矩形卸荷槽和新环形卸荷槽下的最小困油压力。结果表明,大侧隙的最大困油膨胀率和膨胀区间的长度均仅为小侧隙下的18.3%;由于卸荷槽间距的设置不同,大侧隙困油的最大卸荷面积仅为小侧隙下的7.9%;因此,大侧隙较小侧隙的气穴现象更严重,困油压力波动幅度为小侧隙下的1.93倍。得出了小侧隙、新环形卸荷槽和大入油压力的综合补偿方法,能有效缓解高速齿轮泵的气穴现象。

以水为介质阻尼孔气穴流动理论和试验研究

针对水的汽化压力高、容易发生气穴的特点,应用气穴模型理论对阻尼小孔中以水作为工作介质时的流动特性进行理论分析。在此基础上,用可视化方法对阻尼小孔中的气穴流动特性进行试验,研究阻尼孔中的气穴发生过程,分析阻尼孔内径和长径比对气穴的影响。研究结果表明阻尼孔的气穴首先在进口部位产生,并随着两端压差的增大向出口推移。大长径比的阻尼孔相对小长径比的阻尼孔而言不容易发生气穴。在相同长径比的情况下,孔径大的阻尼孔相对孔径小的阻尼孔更容易发生气穴。研究结果对阻尼小孔的选择设计具有一定的参考意义。

纯水支架用安全阀气穴特性仿真分析

针对纯水支架用安全阀存在的气穴、气蚀问题,在分析其结构原理的基础上,基于湍流和气穴模型,采用计算流体动力学(CFD)方法建立了纯水安全阀开启时阀芯孔道的仿真模型,对不同径向排孔结构形式时的气穴特性进行了仿真分析。研究结果表明:纯水安全阀径向排孔出口处的气相体积分数沿径向出口孔圆周方向呈环状不对称分布,其中靠近阀芯入口壁面处高于远离入口那侧,是产生气穴的核心区域;单列径向排孔前提下,减少孔数、增大孔径对安全阀阀口气蚀现象有抑制作用,但效果一般;增加通流面积的双列径向排孔可有效减小出口处的气相体积分数,降低气穴形成概率。

微造型表面上气穴发生机理初步研究

利用扩展的气穴方程初步研究了微造型表面上气穴发生的机理.使用连续卷积快速傅里叶变换(CC-FFT)求解表面的弹性变形,同时验证计算程序的有效性.数值结果表明:气穴易在微造型的几何形状发散处发生;气穴的发生与微造型的幅值和位置密切相关.较大的流场长宽比会使气穴区宽度增加;气穴化的面积会随着微造型幅值的增大而减小,但最终趋于稳定值.

基于气穴性能的齿轮泵轻量化设计

为兼顾齿轮泵自吸能力、气穴性能和轻量化的性能要求,首先由建立的吸油腔的容积变化率,吸油腔内的介质压力等于介质本身的气穴压力,推导出齿轮泵气穴性能的评价指标;其次,以模数、齿数、齿顶高系数、变位系数、圆形吸口半径作为设计变量,以单位排量体积和最小吸油腔压力为双目标函数,进行优化设计;最后,进行了实例运算及分析。结果表明:优化后的齿顶最大圆周速度放大了37.7%,使得泵在齿形参数、转速上有更大的选取空间;圆形入口半径减小了19.3%,有利于泵总体体积的减小;单位排量体积较优化前减小了38.2%,实现了轻量化的目的等。基于气穴性能的优化设计,为后续的进一步研究,提供了理论依据。

粗糙表面上微凸体间气穴对流量因子的影响

研究了粗糙表面上微凸体间气穴对用于混合润滑分析的流量因子的影响。在利用自编程序产生了具有不同纹理方向的随机粗糙表面的基础上,使用扩展的气穴方程分析了微凸体间气穴对压力流量因子、剪切流量因子的影响。计算结果表明:气穴的存在,在小膜厚比范围内会使压力流量因子有所增加,而使剪切流量因子减小;在大膜厚比范围内,气穴对流量因子的影响可以忽略不计;而且气穴对流量因子的影响与粗糙表面的纹理方向有关。因此,微凸体间气穴对流量因子的影响应加以考虑。

温度效应对液压锥型节流阀内气穴形态的影响

液压锥型节流阀具有节流温升大的特点,在阀口部位极易产生气穴,而温度效应对气穴发展变化的影响不容忽略。为此,本文对锥型节流阀内气穴形态受温度效应的影响进行了实验研究。搭建了锥型节流阀气穴实验系统,设置了不同的温度条件和压力条件,采用有机玻璃制造实验锥型节流阀,利用高速摄像机采集气穴形态图像数据。实验表明,锥型节流阀产生的初生气穴气泡半径约为30μm;温度升高会使气穴发展更加充分,同时会降低液压油对微小气核的束缚,产生的气泡数量更多,气穴更加明显;在低强度时,锥型节流阀内气穴为片状气穴,随着气穴强度的增加,气穴会发展为云状气穴。

节流槽结构对气穴噪声的影响

为了消除液压阀中的噪声,对不同节流槽内部压力分布、气穴形态和噪声频谱进行了研究.在对节流槽结构特征及流动模型进行分析的基础上,预测了节流阀内气穴噪声的声压模型.通过高速观测及噪声频谱分析对模型进行了验证,并估计了节流阀内的气泡尺寸.结果表明,节流槽结构特征对阀内压力分布、气穴与噪声特性有直接的影响,U形槽内部压力超调量明显高于V形槽,可以显著抑制气穴的析出与生长.不同类型节流槽通过压力分布决定了气泡的成长过程,与U形槽相比,V形槽内部气泡尺寸较大,气泡尺度大小是影响节流槽气穴噪声的主要因素.

锥阀阀口气穴流场的数值模拟与试验研究

采用NNGk-ε湍流模型数值模拟了锥阀阀口的气穴流动。运用工业纤维镜与高速摄像机等组成流场可视化试验系统,多方位地观察了阀口附近的气穴现象,对其进行数字图像处理后,获得了气穴流场的分布信息,与仿真结果比较,吻合良好,表明RNGk-ε湍流模型能有效地描述锥阀等液压元件的阀口气穴流动。同时采用涡流式位移传感器、激光位移器和数字应变测量仪等构成的检测系统,研究了气穴流场诱发的阀体与阀芯振动。

内流道形状对溢流阀气穴噪声影响的研究

从流场控制的角度,研究了溢流阀内流道结构对气穴及气穴噪声的影响。采用流场数值仿真和流动显示试验,获得了溢流阀主阀流道内的压力和气穴分布图像,仿真结果中的低压区与试验结果中气穴区基本吻合。此外,对两种溢流阀主阀流道结构进行了噪声测试和对比分析。结果表明,具有环形槽的主阀芯结构能有效抑制气穴和气穴噪声。这项研究对于以降低噪声为目标的溢流阀流道结构优化设计具有一定的指导意义。

孔隙高速流动中的气穴观测与噪声特性

为研究阀口高速流动中的旋涡空化机理及其与噪声特性的关系,运用高速摄像、噪声频谱分析等手段对典型阀口孔隙节流处的流场及流动现象进行分析。利用高速摄像机在微距模式下对阀口流场进行观测,最高拍摄速度达120000幅/s。研究发现空化的产生与流动分离受背压的影响最为明显,进口压力对气穴形态及噪声影响次之;孔口较深时,不同流动参数下气穴初生的位置始终位于节流边与孔壁相交的锐缘区附近,随着阀口开度的变化,初生位置稍有变化。频谱分析同时表明,气穴的形态和尺度是影响噪声的最重要因素之一。

气穴对滑动轴承摩擦学性能影响的CFD分析

气穴对滑动轴承性能影响一直为人们所关注,而传统的分析方法不能真实刻画气穴的作用。为寻求合理的气穴研究方法,并由之改进轴承的摩擦学性能,基于计算流体动力学(CFD)与Rayleigh-Plesset(PRE)气穴理论,应用商业软件ANSYS中CFX模块分析了气穴现象对滑动轴承摩擦性能的影响。结果表明:随着偏心率、宽径比和转速的增加,考虑气穴模型后气穴现象会降低润滑剂粘度,轴承油膜的摩擦力和摩擦系数会减小;随着偏心率、宽径比和转速的增加,润滑剂的平均气化率变大。

计入气穴的水下爆炸作用下结构流固耦合三维数值模拟

水下爆炸在结构物面附近产生的气穴现象,严重影响水下爆炸作用下的流固耦合动响应,是舰船水下爆炸领域的难点,传统的边界元方法、有限元方法(FEM)难以解决水下爆炸气穴现象这类强非线性问题.针对此问题,计及流体中的气穴现象,考虑流体的可压缩型,忽略流体粘性,建立水下爆炸瞬态强非线性流固耦合三维数值模型,采用流体谱单元方法(SEM)和结构有限元方法求解该模型.计算结果表明:相对有限元法,谱单元法具有更高的计算精度,且谱单元解与解析解、试验值吻合良好.在此基础上,结合ABAQUS软件,分别探讨三维球壳、船体板架在水下爆炸作用下的瞬态流固耦合机理,给出气穴区域及其对水中结构物动响应的影响特征,旨在为舰船水下爆炸瞬态流固耦合问题的相关研究提供参考.

球阀阀口气穴流场的数值模拟与实验研究

将 RNG k-ε湍流模式与多相流技术相结合 ,对球阀阀口的三维气穴流场进行了数值模拟 ,计算了小球在对称位置与非对称位置的气穴流场。运用高速摄像机观察了阀口附近的气穴现象 ,与模拟结果比较 ,相当吻合。对球阀有无气穴现象分别进行了噪声测试和频谱分析。实验结果表明阀口气穴现象以 2 5 0 0 Hz的频率周期性地发生 ,小球及小球弹性系统在轴向的固有频率远小于 2 5 0 0 Hz,而且频率 2 5 0 0 Hz对应的噪声级很高。比较了数值模拟得到的对称与非对称气穴区域与实验观察到的气穴云变化。进一步预测阀的横向振动使得气穴现象周期性发生。