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(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
1、背景描述
節(jié)能減排是目前汽車技術(shù)的發(fā)展方向,可變流量機(jī)油泵是節(jié)能領(lǐng)域的新技術(shù)成果之一。從國(guó)外相關(guān)研究報(bào)告來(lái)看,采用可變排量機(jī)油泵一般能降低乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)1%~3%的燃油消耗。因此,可變流量機(jī)油泵的研發(fā)已成為目前的發(fā)展趨勢(shì)。
可變流量機(jī)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(jiǎn)稱VDVP)的分析應(yīng)用。當(dāng)然PumpLinx目前也有變量擺線泵和變量齒輪泵的應(yīng)用案例,后期會(huì)一一分享。著急的小伙伴則可以單獨(dú)咨詢?；萍技夹g(shù)人員。
2、直線式VDVP原理簡(jiǎn)介
滑動(dòng)式VDVP工作原理
直線式VDVP與擺動(dòng)式VDVP原理類似,區(qū)別在于調(diào)整環(huán)的運(yùn)動(dòng)方式不一樣,一種是直線式變化,另一種是擺動(dòng)式變化,其最終目的都是為了調(diào)節(jié)機(jī)油泵的流量。此前PumpLinx分享的擺動(dòng)式VDVP應(yīng)用方案已詳細(xì)介紹了相關(guān)原理,此處就不再詳細(xì)介紹啦?？纯措y點(diǎn)都有哪些吧。
3、技術(shù)難點(diǎn)及PumpLinx的優(yōu)勢(shì)方案
3.1 技術(shù)難點(diǎn)
直線式VDVP與擺動(dòng)式VDVP原理類似,運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)方式稍有差別,從流體分析角度出發(fā),由于涉及到多個(gè)運(yùn)動(dòng)部件以及相互耦合運(yùn)動(dòng),因此無(wú)論何種形式的變量泵的流體分析實(shí)施過(guò)程都異常艱辛。比如:
? 供油腔的容積變化,需要?jiǎng)泳W(wǎng)格技術(shù);
? 調(diào)整環(huán)的運(yùn)動(dòng)變化,需要?jiǎng)赢?huà)網(wǎng)格技術(shù);
? 調(diào)整環(huán)的運(yùn)動(dòng),需要應(yīng)用完備的動(dòng)力學(xué)模型,考慮流固耦合運(yùn)動(dòng),才能獲得準(zhǔn)確的流量調(diào)節(jié)數(shù)據(jù);
? 控制閥的響應(yīng)運(yùn)動(dòng),需要?jiǎng)泳W(wǎng)格技術(shù)和動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算;
? 機(jī)油泵內(nèi)部的空化現(xiàn)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(yōu)勢(shì)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(lǐng)域已積累了豐富的案例。具體來(lái)了解下PumpLinx在VDVP流體分析領(lǐng)域所具備的技術(shù)魅力吧。簡(jiǎn)要概括為四大特征:
VDVP模板技術(shù):
1. 分為直線式和擺動(dòng)式兩種;
2. 可以快速構(gòu)建滑片轉(zhuǎn)子區(qū)域的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格;
3. 可以快速構(gòu)建調(diào)整環(huán)區(qū)域的高質(zhì)量網(wǎng)格,且能適應(yīng)復(fù)雜的結(jié)構(gòu);
4. 自動(dòng)化設(shè)置轉(zhuǎn)子區(qū)域的動(dòng)網(wǎng)格,無(wú)需編輯代碼;
5. 自動(dòng)化設(shè)置調(diào)整環(huán)區(qū)域流體的動(dòng)網(wǎng)格,無(wú)需編代碼;
6. 特有的直線式和旋轉(zhuǎn)式自由度模型,可以快速構(gòu)建調(diào)整環(huán)的動(dòng)力學(xué)模型,并自動(dòng)控制動(dòng)網(wǎng)格變化,無(wú)需編輯代碼。
閥門(mén)模板技術(shù):
7. 部分VDVP出口配有控制閥,模板可以自動(dòng)構(gòu)建閥門(mén)運(yùn)動(dòng)區(qū)域的高質(zhì)量網(wǎng)格, 自動(dòng)設(shè)置閥門(mén)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)網(wǎng)格和自由度模型。各種開(kāi)發(fā)都不需要,且獲得的是動(dòng)態(tài) 的結(jié)果。
全空化數(shù)值模型:
8. 收斂性好,穩(wěn)定性高,幾乎不用做計(jì)算調(diào)試。
高效求解:
求解速度一直是PumpLinx引以為豪的特質(zhì),并且是在高精度結(jié)果的基礎(chǔ)上。
4、直線式VDVP案例簡(jiǎn)介
4.1 幾何模型
? 在提取VDVP的流體域時(shí),首先需要將調(diào)整環(huán)的位置移動(dòng)到合適的位置,這是由于調(diào)整環(huán)的初始位置往往處于關(guān)死狀態(tài),無(wú)法獲得合理的網(wǎng)格;
? 由于VDVP 的結(jié)構(gòu)各不相同,在應(yīng)用PumpLinx進(jìn)行分析時(shí),需要對(duì)調(diào)整環(huán)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)處理,以便獲得高質(zhì)量的網(wǎng)格;分區(qū)技術(shù)具體可咨詢?；萍技夹g(shù)人員;
直線式VDVP流體域
4.2 網(wǎng)格劃分
? 滑片轉(zhuǎn)子區(qū)域采用vane模板進(jìn)行劃分,5s內(nèi)可獲得高質(zhì)量結(jié)構(gòu)網(wǎng)格;
? 調(diào)整環(huán)運(yùn)動(dòng)區(qū)域采用spool valve劃分網(wǎng)格,可獲得高質(zhì)量的變形初始網(wǎng)格,避免運(yùn)動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)負(fù)網(wǎng)格;
? 出口配有控制閥的,也采用spool valve進(jìn)行網(wǎng)格劃分,自動(dòng)生成高質(zhì)量的變形初始網(wǎng)格;本例中配有電磁閥;
? 其余靜止區(qū)域采用PumpLinx的二叉樹(shù)笛卡爾網(wǎng)格,簡(jiǎn)便又高效;
? 網(wǎng)格總數(shù)約78萬(wàn);
4.3 模型設(shè)置及求解
? 湍流模型,采用標(biāo)準(zhǔn)k-e模型;
? 全空化數(shù)值模型;
? 采用非定常計(jì)算;
? 轉(zhuǎn)速2000r/min(可有多個(gè)工況,此處僅為示例);
? 進(jìn)口1bar,出口4bar;
? 電磁閥作用,當(dāng)壓力超過(guò)4bar,電磁閥開(kāi)啟。
機(jī)油泵介質(zhì)屬性(僅為示例)
調(diào)整環(huán)參數(shù)(僅為示例)
4.3 部分結(jié)果展示
進(jìn)出口質(zhì)量守恒情況:
進(jìn)、出口質(zhì)量流量守恒
變量泵穩(wěn)定后的流量預(yù)測(cè):
出口流量預(yù)測(cè)
調(diào)整環(huán)位移預(yù)測(cè):
VDVP調(diào)整環(huán)位移變化預(yù)測(cè)
軸功率預(yù)測(cè):
轉(zhuǎn)子軸功率預(yù)測(cè)
滑動(dòng)式VDVP壓力云圖
5、小結(jié)
? 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(jié)果;
? 通過(guò)分析可以獲得變量泵在不同工況下,最終調(diào)整環(huán)的平衡位置,進(jìn)而獲得此工況下的流量,以及對(duì)應(yīng)的扭矩、功率、受力、空化、壓力、速度等的預(yù)測(cè)結(jié)果,以評(píng)估變排量泵的設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)要求,并進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化改進(jìn);
? PumpLinx的變量泵分析功能不僅覆蓋到直線式VDVP和擺動(dòng)式VDVP,同時(shí)對(duì)于變量式齒輪泵和變量式擺線泵均可滿足。
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