基于PumpLinx的变量燃料泵流动特性仿真研究

2016-09-13 by:CAE仿真在线来源:互联网

基于PumpLinx的变量燃料泵

流动特性仿真研究

王凯1, 2, 孙涛 1, 史小锋 1,

伊寅 1, 李永东 1, 黄艳芬3

(1. 中国船舶重工集团公司第705研究所, 陕西西安, 710075; 2. 水下信息与控制重点实验室, 陕西西安, 710075; 3. 北京海基嘉盛科技有限公司, 北京, 610041)

摘要:为了研究鱼雷变量燃料泵的流动特性, 文中提出了一种使用标准模版实现静缸式柱塞泵的研究方法, 通过3D建模软件UG与计算流体力学(CFD)仿真软件PumpLinx完成对柱塞泵的仿真。在此基础上, 进一步对泵的流量、压力和空化进行了仿真和分析。仿真结果表明, 变量泵不会产生空化现象, 但流量脉动较大且高低压过渡不平稳, 这些结论对变量泵的改进设计有一定的参考价值。

0 引言

动力系统是鱼雷的重要组成部分, 它对鱼雷的航速、航深、可靠性等都有着重要影响[1]。燃料泵是鱼雷动力系统的关键部件, 其主要作用是将高压燃料源源不断输送至燃烧室中[2]。

目前, 鱼雷液体燃料的增压及输送均使用直轴式高压柱塞泵。根据动力系统燃料流量的调节方式不同, 可采用斜盘倾角固定的定量柱塞泵或可变燃料流量的变量柱塞泵2种形式。定量燃料泵技术已经成熟, 而变量燃料泵研究还不够深入, 可供借鉴的资料非常有限。“设计−样机−试验−定型”的每个环节都难以避免出现反复, 导致设计周期长。计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)仿真能以较少的费用和较短的时间模拟出燃料泵的流量、压力、空化等流动特性, 因此开展燃料泵的CFD仿真十分必要。

PumpLinx是美国Simerics公司研发的专业泵阀仿真软件, 其具有模拟流动、通风、汽蚀的高精度模型, 可快速完成柱塞泵网格划分, 计算模型设置, 快速求解等功能, 能够帮助工程师更好地设计泵和马达。

采用PumpLinx进行变配流式变量柱塞泵CFD模拟的难点主要体现在: 1) PumpLinx提供的柱塞泵模板是转缸式, 不能直接用于静缸式柱塞泵的仿真; 2) 该软件已用于变斜盘倾角的变量泵仿真, 如何实现变配流角的变量泵仿真尚需进一步研究。

文中采用复合建模技术、复杂流体域提取技术、基于专有的几何等角自适应二元树(geometry conformal adaptive binary tree, CAB)算法[3]的网格划分技术建立了燃料泵的CFD模型, 解决了PumpLinx的转缸式柱塞泵模板用于变量燃料泵仿真面临的2个难题, 首次实现了燃料泵的3D流体性能仿真。

1 工作原理

2 燃料泵流体特性仿真

3 流体特性分析

(详细内容详见《鱼雷技术》2015-6期P444~448)

4 结束语

文中介绍了新型静缸变配流式燃料泵的工作原理, 并对柱塞泵进行CFD建模与仿真, 得到了泵内流体的流动特性和空化状态。受试验条件和测量仪器的限制, 燃烧泵的泄露、气蚀以及柱塞腔压力等难以通过试验来测量和分析, 而这些问题的解决程度又直接制约柱塞泵性能的提高。通过仿真发现, 变量泵不会产生空化现象, 但流量脉动较大、柱塞腔压力在低压向高压过渡会产生压力尖峰, 对泵及其连接管路的振动噪声可能会产生不利影响。需要说明的是, 文中的结论都是通过CFD仿真得到的, 后续尚需进一步试验验证。

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