一种基于空化数的液压元件空蚀评价方法

论文摘要

空化和空蚀对液压系统中的液压泵、液压阀等元件影响严重,是一个长期难以解决的问题。当系统的压力低于饱和蒸汽压时,低压处会产生空泡：空泡能改变流动系统的流场特性,减小流道有效面积,增加流道阻力。在空泡的初生、发育、溃灭过程中系统将产生高频噪声和压力脉动,空泡溃灭产生的微射流冲击会造成固体边壁的剥蚀破坏——空蚀。空蚀的破坏作用巨大,能严重缩短液压元件的使用寿命。论文主要利用CFD软件对Yamaguchi的空蚀实验进行建模仿真,结合仿真和实验结果,找出参数评价空蚀。论文主要包括四部分内容：（1）对实验模型的结构尺寸进行参数化,利用STAR-CD的建模命令建立参数化六面体网格模型。通过网格数误差测试,确定出最适合本文仿真计算的网格数及其建模参数。（2）分析仿真计算的结果,提出发生空蚀的假设：①速度保护：试件表面压力低,流体速度快,气泡从试件表面快速通过,气泡在试件表面破裂的数量少,腐蚀轻。②压力保护：试件表面压力高,流体速度低,大量气泡在离试件表面较远处破裂,气泡冲不进试件表面,气泡在试件表面破裂数量少,腐蚀轻。③空蚀破坏：试件表面压力不够高,压力保护不足,速度不够快,速度保护不足；大量气泡在试件表面破裂,腐蚀严重。（3）根据假设找到用空化数σ评价空蚀。对比σ分布图和实验中空蚀量的关系,得出σ的分布图能比较准确的预测空蚀的位置和程度。对比σ分布图和实验中试件空蚀图片的关系,发现。分布图预测的试件上空蚀的位置和严重程度与实验给出的试件空蚀图片一致。（4）对Yamaguchi的另一个空蚀实验进行建模仿真。按同样的方法得到发生空蚀时对应的σ值。作出σ在流场中的分布,对比实验发现σ的分布图能比较准确的反映空蚀的位置和严重程度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的学术背景和实际意义
• 1.2 空蚀的危害
• 1.3 空蚀的研究现状
• 1.4 CFD在空蚀分析中的应用
• 1.5 课题的来源和主要研究内容
• 1.6 本文的主要创新点
• 第2章 CFD理论基础及计算模型解析建模
• 2.1 流动控制方程
• 2.2 湍流模型
• 2.2.1 湍流数值模拟方法
• 2.2.2 粘涡模型
• 2.2.3 方程的离散和求解
• 2.3 计算模型建立
• 2.3.1 实验模型介绍
• 2.3.2 模型网格划分
• 2.3.3 物理参数选择
• 2.2.4 计算模型选择与边界条件设定
• 2.3.5 网格误差测验及最佳计算网格数确定
• 2.4 小结
• 第3章 空化数评价空蚀的方法研究
• 3.1 空化数评价空蚀的理论基础
• 3.1.1 假设:空蚀与流场特性的关系
• 3.1.2 评价空蚀的参数——空化数
• 3.1.3 空化数与空蚀特征的关系
• 3.2 基于参考文献[4]对应的以σ分布规律评价空蚀的方法研究
• 3.3 实验腐蚀图片和σ分布图对比
• 3.4 结论
• 第4章 空化数评价空蚀方法的验证
• 4.1 模型介绍及网格建立
• 4.2 物理参数选择及边界条件设定
• 4.3 基于参考文献[6]对应的以σ分布规律评价空蚀的方法研究
• 4.4 结论
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文