基于PumpLinx的變量燃料泵流動(dòng)特性仿真研究

2016-09-13 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

基于PumpLinx的變量燃料泵

流動(dòng)特性仿真研究

王凱1, 2, 孫濤 1, 史小鋒 1,

伊寅 1, 李永東 1, 黃艷芬3

(1. 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第705研究所, 陜西西安, 710075; 2. 水下信息與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西西安, 710075; 3. 北京?；问⒖萍加邢薰? 北京, 610041)

摘要:為了研究魚(yú)雷變量燃料泵的流動(dòng)特性, 文中提出了一種使用標(biāo)準(zhǔn)模版實(shí)現(xiàn)靜缸式柱塞泵的研究方法, 通過(guò)3D建模軟件UG與計(jì)算流體力學(xué)(CFD)仿真軟件PumpLinx完成對(duì)柱塞泵的仿真。在此基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步對(duì)泵的流量、壓力和空化進(jìn)行了仿真和分析。仿真結(jié)果表明, 變量泵不會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象, 但流量脈動(dòng)較大且高低壓過(guò)渡不平穩(wěn), 這些結(jié)論對(duì)變量泵的改進(jìn)設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值。

0 引言

動(dòng)力系統(tǒng)是魚(yú)雷的重要組成部分, 它對(duì)魚(yú)雷的航速、航深、可靠性等都有著重要影響[1]。燃料泵是魚(yú)雷動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件, 其主要作用是將高壓燃料源源不斷輸送至燃燒室中[2]。

目前, 魚(yú)雷液體燃料的增壓及輸送均使用直軸式高壓柱塞泵。根據(jù)動(dòng)力系統(tǒng)燃料流量的調(diào)節(jié)方式不同, 可采用斜盤傾角固定的定量柱塞泵或可變?nèi)剂狭髁康淖兞恐?種形式。定量燃料泵技術(shù)已經(jīng)成熟, 而變量燃料泵研究還不夠深入, 可供借鑒的資料非常有限。“設(shè)計(jì)?樣機(jī)?試驗(yàn)?定型”的每個(gè)環(huán)節(jié)都難以避免出現(xiàn)反復(fù), 導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。計(jì)算流體力學(xué)(computational fluid dynamics, CFD)仿真能以較少的費(fèi)用和較短的時(shí)間模擬出燃料泵的流量、壓力、空化等流動(dòng)特性, 因此開(kāi)展燃料泵的CFD仿真十分必要。

PumpLinx是美國(guó)Simerics公司研發(fā)的專業(yè)泵閥仿真軟件, 其具有模擬流動(dòng)、通風(fēng)、汽蝕的高精度模型, 可快速完成柱塞泵網(wǎng)格劃分, 計(jì)算模型設(shè)置, 快速求解等功能, 能夠幫助工程師更好地設(shè)計(jì)泵和馬達(dá)。

采用PumpLinx進(jìn)行變配流式變量柱塞泵CFD模擬的難點(diǎn)主要體現(xiàn)在: 1) PumpLinx提供的柱塞泵模板是轉(zhuǎn)缸式, 不能直接用于靜缸式柱塞泵的仿真; 2) 該軟件已用于變斜盤傾角的變量泵仿真, 如何實(shí)現(xiàn)變配流角的變量泵仿真尚需進(jìn)一步研究。

文中采用復(fù)合建模技術(shù)、復(fù)雜流體域提取技術(shù)、基于專有的幾何等角自適應(yīng)二元樹(shù)(geometry conformal adaptive binary tree, CAB)算法[3]的網(wǎng)格劃分技術(shù)建立了燃料泵的CFD模型, 解決了PumpLinx的轉(zhuǎn)缸式柱塞泵模板用于變量燃料泵仿真面臨的2個(gè)難題, 首次實(shí)現(xiàn)了燃料泵的3D流體性能仿真。

1 工作原理

2 燃料泵流體特性仿真

3 流體特性分析

(詳細(xì)內(nèi)容詳見(jiàn)《魚(yú)雷技術(shù)》2015-6期P444~448)

4 結(jié)束語(yǔ)

文中介紹了新型靜缸變配流式燃料泵的工作原理, 并對(duì)柱塞泵進(jìn)行CFD建模與仿真, 得到了泵內(nèi)流體的流動(dòng)特性和空化狀態(tài)。受試驗(yàn)條件和測(cè)量?jī)x器的限制, 燃燒泵的泄露、氣蝕以及柱塞腔壓力等難以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)測(cè)量和分析, 而這些問(wèn)題的解決程度又直接制約柱塞泵性能的提高。通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn), 變量泵不會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象, 但流量脈動(dòng)較大、柱塞腔壓力在低壓向高壓過(guò)渡會(huì)產(chǎn)生壓力尖峰, 對(duì)泵及其連接管路的振動(dòng)噪聲可能會(huì)產(chǎn)生不利影響。需要說(shuō)明的是, 文中的結(jié)論都是通過(guò)CFD仿真得到的, 后續(xù)尚需進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。

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