高压柱塞泵用压力脉动衰减器的流体特性CFD解析

　　0 前言

　　随着液压系统小型化、轻量化的要求,必然使压力往高压方向发展,而高压系统所带来的是振动噪声加剧[1~3]。为了减小泵及系统的噪声和振动,在高压出口安装小型衰减器来抑制压力脉动对系统的影响,这是历来所采取的技术。但如何采用衰减器,其结构形状如何确定,一般都采用频谱方法,所简化的模型和简化的计算参数对结果都有很大的影响。

　　本文利用CFD技术对一级脉动衰减器进行了详细计算,并将其结果与频谱计算的结果进行了分析对比。

　　1 压力脉动衰减器模型和计算条件

　　(1)几何模型的建立

　　图1和表1分别为一级脉动衰减器的结构简图和几何参数。

　　(2)计算条件

　　由于泵的脉动是不间断的、周期性的,本文对脉动衰减器进行CFD仿真分析时采用瞬态计算。流动介质为油,计算参数见表2。

　　在建模过程中,对CFD模型作了如下假设:

　　①流体为无损失模型(即速度梯度变化时,动力粘度L不变)。

　　②通过计算,此模型中的雷诺数Re=v.D/M=16000,远大于临界雷诺数Recri(2000~3000),因而此模型中油的流动状态主要是紊流,故可以采用K-紊流模型。

　　③为了模拟实际工作中的压力脉动信号,在入口处给出5~10MPa的脉动周期频率。CFD仿真建模时,用TABLE文件来实现入口的压力脉动。

　　2 脉动衰减器的CFD解析结果分析

　　2.1 一级脉动衰减器解析结果分析

　　(1)流态分析

　　图3中(a)、(b)、(c)、(d)分别对应图2中的a、b、c、d四个时刻的压力分布。从压力分布图可知, a~c,输出压力逐步增加; c~d,输出压力逐步降低。与输入三角波的压力变化趋势一致。

　　(2)压力脉动衰减器的压力波形分析

　　由于我们所考虑的是高频脉动衰减,在CFD中频率通过压力脉动的周期来实现。本文所给出的高频压力脉动波形都是三角波。我们所考虑的就是输入压力脉动与输出压力波形之间的比较。所谓衰减,一般意义上是指对脉动压力幅值的衰减。本文所给的入口压力脉动均在5~10MPa之间变化。

　　图4中(a)、(b)分别表示单一频率输入的一级脉动衰减器的入口压力和出口压力。从图(a)可以看出入口压力的压力脉动幅值在5~10MPa之间变化;周期为0.01s,其频率为100Hz。从图(b)可以看出输出脉动的压力幅值在712~718MPa之间波动,其压力脉动衰减率为88%。

　　图5(a)、(b)分别表示多频率输入的一级脉动衰减器的入口压力和出口压力。与图4的区别在于,在定义入口压力脉动时包含了五种频率的脉动压力,分别为100Hz, 200Hz, 400Hz, 500Hz, 000Hz。