搜索直線式可變排量滑片泵（VDVP）流體分析
2017-03-31 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
1、背景描述
節能減排是目前汽車技術的發展方向,可變流量機油泵是節能領域的新技術成果之一。從國外相關研究報告來看,采用可變排量機油泵一般能降低乘用車發動機1%~3%的燃油消耗。因此,可變流量機油泵的研發已成為目前的發展趨勢。
可變流量機油泵有多種類型,如可變排量的滑片泵、外嚙合齒輪泵和擺線泵等。本期PumpLinx功能介紹分享的是直線式可變排量滑片泵(Variable Displacement Vane Pump,以下簡稱VDVP)的分析應用。當然PumpLinx目前也有變量擺線泵和變量齒輪泵的應用案例,后期會一一分享。著急的小伙伴則可以單獨咨詢海基科技技術人員。
2、直線式VDVP原理簡介
滑動式VDVP工作原理
直線式VDVP與擺動式VDVP原理類似,區別在于調整環的運動方式不一樣,一種是直線式變化,另一種是擺動式變化,其最終目的都是為了調節機油泵的流量。此前PumpLinx分享的擺動式VDVP應用方案已詳細介紹了相關原理,此處就不再詳細介紹啦。看看難點都有哪些吧。
3、技術難點及PumpLinx的優勢方案
3.1 技術難點
直線式VDVP與擺動式VDVP原理類似,運動調節方式稍有差別,從流體分析角度出發,由于涉及到多個運動部件以及相互耦合運動,因此無論何種形式的變量泵的流體分析實施過程都異常艱辛。比如:
? 供油腔的容積變化,需要動網格技術;
? 調整環的運動變化,需要動畫網格技術;
? 調整環的運動,需要應用完備的動力學模型,考慮流固耦合運動,才能獲得準確的流量調節數據;
? 控制閥的響應運動,需要動網格技術和動力學模型計算;
? 機油泵內部的空化現象,需要高精度的空化模型;
? 求解速度也是困擾客戶的一大難題;
? ……
3.2 PumpLinx的優勢方案
PumpLinx最初在3.2版本便推出了VDVP的分析模板,到目前為止在變量泵的分析領域已積累了豐富的案例。具體來了解下PumpLinx在VDVP流體分析領域所具備的技術魅力吧。簡要概括為四大特征:
VDVP模板技術:
1. 分為直線式和擺動式兩種;
2. 可以快速構建滑片轉子區域的結構網格;
3. 可以快速構建調整環區域的高質量網格,且能適應復雜的結構;
4. 自動化設置轉子區域的動網格,無需編輯代碼;
5. 自動化設置調整環區域流體的動網格,無需編代碼;
6. 特有的直線式和旋轉式自由度模型,可以快速構建調整環的動力學模型,并自動控制動網格變化,無需編輯代碼。
閥門模板技術:
7. 部分VDVP出口配有控制閥,模板可以自動構建閥門運動區域的高質量網格, 自動設置閥門運動的動網格和自由度模型。各種開發都不需要,且獲得的是動態 的結果。
全空化數值模型:
8. 收斂性好,穩定性高,幾乎不用做計算調試。
高效求解:
求解速度一直是PumpLinx引以為豪的特質,并且是在高精度結果的基礎上。
4、直線式VDVP案例簡介
4.1 幾何模型
? 在提取VDVP的流體域時,首先需要將調整環的位置移動到合適的位置,這是由于調整環的初始位置往往處于關死狀態,無法獲得合理的網格;
? 由于VDVP 的結構各不相同,在應用PumpLinx進行分析時,需要對調整環的運動區域進行分區處理,以便獲得高質量的網格;分區技術具體可咨詢海基科技技術人員;
直線式VDVP流體域
4.2 網格劃分
? 滑片轉子區域采用vane模板進行劃分,5s內可獲得高質量結構網格;
? 調整環運動區域采用spool valve劃分網格,可獲得高質量的變形初始網格,避免運動過程出現負網格;
? 出口配有控制閥的,也采用spool valve進行網格劃分,自動生成高質量的變形初始網格;本例中配有電磁閥;
? 其余靜止區域采用PumpLinx的二叉樹笛卡爾網格,簡便又高效;
? 網格總數約78萬;
4.3 模型設置及求解
? 湍流模型,采用標準k-e模型;
? 全空化數值模型;
? 采用非定常計算;
? 轉速2000r/min(可有多個工況,此處僅為示例);
? 進口1bar,出口4bar;
? 電磁閥作用,當壓力超過4bar,電磁閥開啟。
機油泵介質屬性(僅為示例)
調整環參數(僅為示例)
4.3 部分結果展示
進出口質量守恒情況:
進、出口質量流量守恒
變量泵穩定后的流量預測:
出口流量預測
調整環位移預測:
VDVP調整環位移變化預測
軸功率預測:
轉子軸功率預測
滑動式VDVP壓力云圖
5、小結
? 變量泵的分析不同于定量泵,難度相較于定量泵難度要大得多。在PumpLinx模板功能支持下,在很大程度上降低了變量泵仿真的難度,且可以獲得合理結果;
? 通過分析可以獲得變量泵在不同工況下,最終調整環的平衡位置,進而獲得此工況下的流量,以及對應的扭矩、功率、受力、空化、壓力、速度等的預測結果,以評估變排量泵的設計是否符合設計要求,并進行針對性的優化改進;
? PumpLinx的變量泵分析功能不僅覆蓋到直線式VDVP和擺動式VDVP,同時對于變量式齒輪泵和變量式擺線泵均可滿足。
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