轴向柱塞泵气蚀机理及仿真研究

【摘要】轴向柱塞柱塞泵是广泛应用于液压系统中的动力元件，在工程机械中起着重要作用。在柱塞泵的工作过程中，压力变化及流动状态十分复杂，极易发生气蚀；而气蚀会引起振动和噪声，影响整个系统工作的稳定性，甚至使泵失效。因此需要对轴向柱塞泵内的气蚀机理及其数学模型进行研究，避免或减少气蚀的发生，提高泵的性能及稳定性。建立了轴向柱塞泵内气蚀的数学模型。当柱塞泵内的压力低于空气分离压时，溶解在油液中的气体会释放出来，流体为油液和空气的均匀混合物；压力降低到其饱和蒸汽压时，油液才会发生相变，产生大量油液蒸汽气泡，此时流体为油液、油液蒸汽和空气的均匀混合物，这与传统的水利机械气蚀是不同的。因此，首先以柱塞腔内的气泡为研究对象，结合流体动力学，考虑了油液中的蒸汽气泡和空气气泡，计算了多种流体特性，包括压力、质量流、流体中的蒸汽和空气体积空隙率，得到了考虑气泡间相互作用后调整的Rayleigh-Plesset方程，然后分析了柱塞泵内发生空气气化和蒸汽气化的密度变化，建立了有两种基于p-ρ正压关系的状态方程，选取RNGk-ε湍流模型进行仿真模拟。以SCY-14B型斜盘轴向柱塞泵工作时的流体部分进行建模和仿真分析，研究气蚀机理及其对泵内流场的影响。对配流过程中的流态采用层流加局部湍流的设置方法，空化模型选用Zwart-Gerber-Belamri模型，进行仿真计算。最后仿真结果中分别得到了柱塞泵内流体的压力、速度和气体分布云图、速度矢量图以及部分区域的压力瞬变曲线图，与未加入气蚀模型的模拟结果进行对比，据此分析气蚀现象的产生机理及其影响，并提出了一定的改进措施，避免或减小气蚀的发生。
【作者】王海燕；
【导师】魏秀业；
【作者基本信息】中北大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】轴向柱塞泵；气蚀；数学模型；CFD仿真；

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