单叶片螺旋离心泵内部流场数值计算及油膜试验研究

针对比转数为240的单叶片螺旋离心式潜水排污泵内部流场,采用数值计算与试验相结合的手段进行研究.以多面体网格为划分形式,应用Realizable k-ε湍流模型,对其进行了全流场定常数值计算,并将计算结果与外特性试验结果及油膜试验结果进行对比.研究结果表明:数值预测的外特性及叶轮表面迹线结果与外特性试验及油膜试验结果能够较好地吻合,验证了多面体网格在单叶片螺旋泵数值计算方面的精度;通过对单叶片螺旋泵内部流场的剖析,发现了叶片进口附近存在泄漏流动,泄漏流的强度随流量的增大而逐渐减小;在3个流量工况(0.6Q_d,1.0Q_d和1.4Q_d)下,叶片吸力面出口附近的轮毂表面存在严重的回流现象,而在0.6Q_d工况时,该回流区域占据了流道宽度的80%以上;在叶片压力面与轮毂的交界处也存在多处回流,流量越小,回流越严重;3个工况下,蜗壳出口均存在较大的速度梯度.

低速重载动压油膜轴承的油膜流场分析

利用ANSYS软件的计算流体动力学CFX模块对低速重载的油膜轴承油膜性能进行了三维流场数值模拟分析。通过分析不同间隙下油膜压力的分布规律,发现只有在一定的条件下,相对间隙对油膜压力的影响才遵从相对间隙越小油膜压力越大的规律;在三维油膜流场分析中,这个规律在一定相对间隙范围内不存在,适合的间隙才是油膜形成的关键。这为动压滑动轴承的润滑流体的三维润滑分析方法提供了借鉴。

高压大排量径向柱塞泵滑靴副流固热耦合数值模拟

针对高压大排量径向柱塞泵滑靴副油膜的摩擦与润滑失效问题,在充分考虑油液的弱可压缩性以及黏温、黏压特性基础上,对滑靴副流场及固体域结构展开流固热耦合数值模拟,探讨不同工况对滑靴副油膜的支承特性以及滑靴、定子结构强度变化的影响规律.研究结果表明:随着径向柱塞泵工作压力的升高,滑靴副油膜压力有较大幅度的上升,油膜的速度场与温度场基本不变;随着径向柱塞泵转速的增大,滑靴副油膜内油液的速度及温度均有较大幅度的上升,油膜的压力场基本不变;滑靴的最大变形与应力均出现在滑靴副中心油腔底部的阻尼孔出口边缘,该部位几何结构较薄,且承受中心油腔高压油压力载荷与温度载荷,是整个滑靴结构中强度最薄弱的部分;同时,黏性摩擦产热导致的油膜温升对滑靴副的结构强度有较大影响,也是限制柱塞泵转速提升的一个重要因素.研究结果可为高压大排量径向柱塞泵滑靴副优化设计提供一定的参考.

基于CFD的轴向柱塞泵滑靴副的流场仿真

在斜盘式轴向柱塞泵中,滑靴副是主要的摩擦副之一。对滑靴副油膜的形成和流动状况的研究,对于改善其偏磨、烧盘等现象,增加使用寿命,减小泄漏量,提高泵的整体性能有着重要的意义。利用CFD技术对滑靴副流场进行模拟分析,得出压力分布,与通过静压平衡理论公式的计算结果对比,通过仿真结果定量直观地分析了造成磨损的原因,同时说明油膜了在滑靴副中的重要作用。分析表明,滑靴副的结构及其油膜的作用是减小磨损的重要方面。运用Fluent模拟仿真的结果和理论公式计算得出的结果基本吻合,说明Fluent仿真的可行性。

推力滑动轴承油膜厚度对流场的影响

对推力滑动轴承轴瓦的瓦面进行模型建立,然后对模型进行网格划分、边界设置,最后通过迭代计算,得到推力轴承内部流场特征,了解到流场的流动趋势和压力分布规律。在此基础上对相同油膜厚度、不同结构瓦面的滑动轴承进行比较分析,并进一步分析了不同油膜厚度对轴承流场的影响。

单螺杆压缩机啮合副油膜流场数学模型研究

本文针对单螺杆压缩机啮合副油膜流场数学模型进行研究。目前对于该油膜流场的模拟,常采用的模型为油膜压力分段计算模型,而此模型未考虑润滑油沿星轮齿长方向上的流动和星轮齿面扩散区域导致的油膜负压,是否适用于啮合副油膜流场计算,仍未有直接实验验证结果。为此,本文建立了啮合副间隙的三维模型,考虑了沿星轮齿长方向上的润滑油流动和几何扩散区域的空穴现象,提出了油膜流场数值模拟计算模型,搭建了啮合副油膜流场压力测试实验台,并基于ANSYS FLUENT对实验台啮合副间隙内的油膜压力场进行模拟,且将实验结果与本文模型和油膜压力分段计算模型进行对比分析,并考察了两种数学模型的精确度和适用性。对比结果表明:油膜压力分段计算模型得出的油膜压力场整体大于本文模型得出的压力场;油膜压力分段计算模型在星轮齿型面为单直线型面且螺杆转速较低时,与实验结果吻合较好;而本文模型在三种型面以及两种螺杆转速下均与实验结果吻合良好。

四配流窗口轴向柱塞泵流场仿真与分析

泵控系统具有能量效率高的特点,四配流窗口轴向柱塞泵可直接闭式控制差动缸运动,也可单泵闭式控制两个对称执行器。为分析柱塞泵内部流场特性,运用流体仿真软件PumpLinx建立柱塞泵内部流场网格模型,考虑摩擦副油膜,通过用户自定义函数定义网格运动,在不同工况下对柱塞泵进行流场仿真,得到了排油口流量曲线、柱塞腔压力曲线、速度云图和压力云图。通过对比仿真结果与理论计算结果验证了流场模型的准确性,为四配流窗口轴向柱塞泵结构设计及优化提供参考依据。

静压回转工作台油膜流场数值模拟与分析

针对静压回转工作台间隙油膜的温升导轨回转工作台本体热变形的问题,采用计算流体力学软件FLUENT对油膜的温度场与压力场进行数值模拟与分析。研究了回转工作台转速和油腔深度对油膜温度场与压力场的影响规律。计算结果表明:油膜压力随着转速的提高而减小,油膜压力随油腔深度的增加而减小。油膜温度随着转速的提高而上升,当转速为40 r/min时,油腔温度为322 K,油膜温度过高易导致热变形,影响机床加工精度;当油腔深度大于3 mm时,油腔深度对油膜温度影响不大。仿真结果为静压回转工作台的结构设计提供了一种思路。

轴向柱塞泵配流副润滑特性分析

配流副润滑特性直接影响柱塞泵的使用性能及工作特性,而油膜承载力是衡量润滑特性的重要指标,为此开展轴向柱塞泵配流副油膜承载力的研究。首先根据柱坐标下雷诺方程(Reynolds)推导配流副楔形油膜压力场模型,其次建立配流副稳态计算模型,借助CFD流场仿真软件分析油膜承载力对配流副润滑特性的重要影响。对比理论模型与仿真结果,验证理论模型的正确性,为轴向柱塞泵的性能优化奠定基础。

汽车动力耦合系统止推片润滑流场仿真研究

为解决混合动力汽车中动力耦合系统止推片经常损坏的问题,对差速式耦合装置内部齿轮与止推片摩擦面间润滑油膜的流场特性进行研究。通过改变齿轮与止推片之间的间隙,研究两者间的润滑油膜变化趋势。采用Creo三维软件对齿轮与止推片进行建模,使用Fluent软件对模型内部的齿轮、止推片和油、气混合物流场进行网格划分,并对油、气混合物流场进行模拟和分析。结果表明:齿轮与止推片摩擦面存在最佳间隙为0.1 mm,此时止推片半径区域内的润滑油膜流场形成较好,油、气混合物速度场变化波动均较小,有利于延长止推片的使用寿命。

非同心型挤压油膜阻尼器空化流场特性数值模拟

为分析非同心型挤压油膜阻尼器的空化流场特性,本文利用Mixture多相流模型、Zwart-Gerber-Belamri(Z-G-B)空化模型与动网格技术,建立了其三维非定常空化流场数值模型。计算了不同供油压力条件下内环进动的不同时刻挤压油膜阻尼器流场的压力与气相体积分数分布,并得到了阻尼器外环3处监测位置的油膜压力与气相体积分数的瞬时变化。将数值模拟得到的油膜压力与文献中实验测得的油膜压力进行对比,结果显示两者基本一致,验证了本文的数值模拟方法具有较好的准确性。分析表明:升高供油压力会使得该阻尼器空化流场高压区范围增大并移向进油侧,使得低压区移向出油侧并且气相体积分数显著地减小。

剪切流场中油-水界面成膜的影响因素及微观机制

表面活性剂分子在油-水界面会形成排列有序的结构从而促进界面成膜,厘清这种分子吸附行为对油-水界面成膜的影响及其微观机制,对于构建原油采输工艺油-水乳状液稳定与失稳的方法具有重要意义。以常见阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为例,利用移动平板壁面为原油-SDBS-矿物水界面模拟体系赋予剪切流场,采用非平衡动力学模拟(NEMD)方法,揭示了剪切流场中表面活性剂分子吸附行为对油-水界面成膜的影响,解释了剪切速度、温度、压力及表面活性剂浓度影响界面成膜稳定性的作用机制。研究结果表明,SDBS分子的吸附构型、SDBS分子与水分子形成的氢键,以及油、水相分子的扩散能力均会影响界面成膜稳定性;施加剪切对于油-水界面体系是一个先失稳而又重构稳定的过程,且界面成膜稳定性会随剪切速度的增大而降低;在SDBS浓度同为0.15~0.70 mol/L的区间内,界面膜厚度由静态工况时的1.43~2.13 nm增加至动态剪切工况下的2.74~2.93 nm;温度升高会破坏分子间形成的氢键导致界面失稳,压力升高则缩短了分子间形成氢键的键长,增强了分子间相互作用强度,益于界面保持稳定。

荧光油膜速度场的自适应快速光流解法

现有光流法解算基于荧光油膜的摩阻测量方程耗时长,制约了荧光油膜试验技术在生产型风洞中的推广应用。为此,提出了荧光油膜速度场的空间自适应快速光流解法,一方面通过推导构造共轭迭代式,较现有光流法的雅可比矩阵分割迭代式,有更小的存储量、更高的收敛性与稳定性;另一方面结合荧光油膜图像的灰度梯度信息,对图像进行空间自适应降采样进行共轭迭代快速获得大流动结构,再升到满分辨率迭代和全局优化,即可准确捕捉到精细的流动结构,大幅提高荧光油膜速度场的解算速度。仿真实验表明:在给定收敛误差限下本算法较现有光流法计算速度提升26.6%,在相同预设迭代次数下,平均误差减小1.4%,最大误差减小2.3%。多个高速风洞的油膜试验结果表明:本算法测得壁面流动现象正确、流谱清晰精细,较现有光流法计算速度平均提升了23%,优势明显,工程应用价值大。

水膜发生器的研制及流场分析

水膜发生器是超稠油水膜面减阻技术中使管道内形成环状水膜的流体机械设备,其内部流场需要长期保持稳定,以形成稳定的水膜。在设计水膜发生器时,使高压水流射入后通过一个厚度为1mm的穿孔板再形成水膜,穿孔板部分区域不开孔,其余部位均匀开孔,以控制水流动能和速度,进而控制水膜厚度。高效渗透筛管的选择决定水膜面的稳定性,其关键在于确定穿孔板的开孔率和开孔直径。运用ANSYS软件对水膜发生器的强度进行分析,以确定其应力集中部位并进行加强处理,使用材料为X52的管线钢制作水膜发生器可以满足实际运行条件的要求。运用Fluent软件对水膜发生器内部流场进行模拟,以确定水膜发生器的合理长度和开孔直径,优化运行参数。