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复杂工况下柱塞泵流量脉动并行仿真和试验的研究.pdf
中国科学: 技术科学 2012 年 第42 卷 第12 期: 1463 ~ 1471 SCIENCE CHINA PRESS 论 文 复杂工况下柱塞泵流量脉动并行仿真与试验研究 * 杨华勇 , 宋月超, 徐兵 浙江大学流体传动及控制国家重点实验室, 杭州 310027 * E-mail: yhy@ 收稿日期: 2012-08-04; 接受日期: 2012-09-13 国家自然科学基金(批准号:、国家科技支撑计划(批准号: 2011BAF09B03)和中央高校基本科研业务费专项资金资助项目 摘要 给出了一种能够模拟瞬态和稳态出口压力下柱塞泵流量脉动的有限元模型, 并通过“二 关键词 次源”法验证了该模型的有效性. 首先基于斜盘式轴向柱塞泵的运行原理, 应用动网格(Dynamic 流量脉动 并行求解 Mesh)技术模拟缸体、柱塞和滑靴的运动, 计算运动流量; 通过UDF (User Defined Function)程序 动边界 定义油液可压缩性和粘性, 引入柱塞泵动态流量的影响; 针对流量脉动 CFD (Computational 动网格 Fluid Dynamics)模型巨大, 串行求解器计算太慢的问题, 采用并行求解技术计算流量脉动. 针对 现有模型难以计算出口压力突然变化和周期变化下流量脉动问题, 引入动边界定义柱塞泵出口 压力与时间关系, 进而计算瞬态工况下柱塞泵流量脉动. 对比同一模型串、并行运行时间可知, 单机四核求解器可以减少73.3%的运行时间, 极大地提高了运行效率; 对比引入/不引入配流副、 柱塞副和滑靴副油膜流量脉动仿真和实验结果, 复杂模型能够提高脉动率、脉动均值和脉动幅 值, 因此精度更高; 对比不同稳态压力下柱塞泵出口流量脉动可知, 稳态压力通过影响倒灌流量 影响柱塞泵出口流量脉动; 出口压力周期性变化, 相同脉动均值下, 脉动幅值小于均值的 6% 时, 柱塞泵出口流量脉动不随出口压力幅值的变化而变化; 出口压力突变时, 压力变化率越大, 柱塞 泵出口流量脉动变化越大; 与稳态压力相比, 压力变化率影响程度大于稳态压力影响程度. 这些 结论为“二次源法”测试条件的选择和大范围降噪方法的提出提供理论依据. 1 前言 真与试验结果之间的差值, 通过引入阻尼槽内油液 惯性项修正了柱塞腔压力模型, 用柱塞腔压力试验 噪声是限制柱塞泵应用广度的主要因素, 随着 结果证实了模型的有效性. 同时据此模型分析了缓 科技发展和社会进步, 低噪音泵越来越具有市场竞 冲槽形状、槽长角、槽深角和槽宽角对柱塞腔压力和 争力. 轴向柱塞泵噪声分为机械噪声和流体噪声, 出 柱塞泵出口流量脉动的影响, 优化阻尼槽的降噪结 口流量脉动是衡量柱塞泵流体噪声的重要指标. 因 构. 20 世纪90 年代Edge 等人[2, 3]考虑气穴对体积弹 此针对泵出口流量脉动影响因素及仿真和试验方法 性模量的影响, 完善了泵的仿真模型, 得到了进口压 的研究一直是国内外学者关注的焦点.
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