搜索直线式可变排量滑片泵（VDVP）流体分析
2017-03-31 by:CAE仿真在线 来源:互联网
1、背景描述
节能减排是目前汽车技术的发展方向,可变流量机油泵是节能领域的新技术成果之一。从国外相关研究报告来看,采用可变排量机油泵一般能降低乘用车发动机1%~3%的燃油消耗。因此,可变流量机油泵的研发已成为目前的发展趋势。
可变流量机油泵有多种类型,如可变排量的滑片泵、外啮合齿轮泵和摆线泵等。本期PumpLinx功能介绍分享的是直线式可变排量滑片泵(Variable Displacement Vane Pump,以下简称VDVP)的分析应用。当然PumpLinx目前也有变量摆线泵和变量齿轮泵的应用案例,后期会一一分享。着急的小伙伴则可以单独咨询海基科技技术人员。
2、直线式VDVP原理简介
滑动式VDVP工作原理
直线式VDVP与摆动式VDVP原理类似,区别在于调整环的运动方式不一样,一种是直线式变化,另一种是摆动式变化,其最终目的都是为了调节机油泵的流量。此前PumpLinx分享的摆动式VDVP应用方案已详细介绍了相关原理,此处就不再详细介绍啦。看看难点都有哪些吧。
3、技术难点及PumpLinx的优势方案
3.1 技术难点
直线式VDVP与摆动式VDVP原理类似,运动调节方式稍有差别,从流体分析角度出发,由于涉及到多个运动部件以及相互耦合运动,因此无论何种形式的变量泵的流体分析实施过程都异常艰辛。比如:
Ø 供油腔的容积变化,需要动网格技术;
Ø 调整环的运动变化,需要动画网格技术;
Ø 调整环的运动,需要应用完备的动力学模型,考虑流固耦合运动,才能获得准确的流量调节数据;
Ø 控制阀的响应运动,需要动网格技术和动力学模型计算;
Ø 机油泵内部的空化现象,需要高精度的空化模型;
Ø 求解速度也是困扰客户的一大难题;
Ø ……
3.2 PumpLinx的优势方案
PumpLinx最初在3.2版本便推出了VDVP的分析模板,到目前为止在变量泵的分析领域已积累了丰富的案例。具体来了解下PumpLinx在VDVP流体分析领域所具备的技术魅力吧。简要概括为四大特征:
VDVP模板技术:
1. 分为直线式和摆动式两种;
2. 可以快速构建滑片转子区域的结构网格;
3. 可以快速构建调整环区域的高质量网格,且能适应复杂的结构;
4. 自动化设置转子区域的动网格,无需编辑代码;
5. 自动化设置调整环区域流体的动网格,无需编代码;
6. 特有的直线式和旋转式自由度模型,可以快速构建调整环的动力学模型,并自动控制动网格变化,无需编辑代码。
阀门模板技术:
7. 部分VDVP出口配有控制阀,模板可以自动构建阀门运动区域的高质量网格, 自动设置阀门运动的动网格和自由度模型。各种开发都不需要,且获得的是动态 的结果。
全空化数值模型:
8. 收敛性好,稳定性高,几乎不用做计算调试。
高效求解:
求解速度一直是PumpLinx引以为豪的特质,并且是在高精度结果的基础上。
4、直线式VDVP案例简介
4.1 几何模型
Ø 在提取VDVP的流体域时,首先需要将调整环的位置移动到合适的位置,这是由于调整环的初始位置往往处于关死状态,无法获得合理的网格;
Ø 由于VDVP 的结构各不相同,在应用PumpLinx进行分析时,需要对调整环的运动区域进行分区处理,以便获得高质量的网格;分区技术具体可咨询海基科技技术人员;
直线式VDVP流体域
4.2 网格划分
Ø 滑片转子区域采用vane模板进行划分,5s内可获得高质量结构网格;
Ø 调整环运动区域采用spool valve划分网格,可获得高质量的变形初始网格,避免运动过程出现负网格;
Ø 出口配有控制阀的,也采用spool valve进行网格划分,自动生成高质量的变形初始网格;本例中配有电磁阀;
Ø 其余静止区域采用PumpLinx的二叉树笛卡尔网格,简便又高效;
Ø 网格总数约78万;
4.3 模型设置及求解
Ø 湍流模型,采用标准k-e模型;
Ø 全空化数值模型;
Ø 采用非定常计算;
Ø 转速2000r/min(可有多个工况,此处仅为示例);
Ø 进口1bar,出口4bar;
Ø 电磁阀作用,当压力超过4bar,电磁阀开启。
机油泵介质属性(仅为示例)
调整环参数(仅为示例)
4.3 部分结果展示
进出口质量守恒情况:
进、出口质量流量守恒
变量泵稳定后的流量预测:
出口流量预测
调整环位移预测:
VDVP调整环位移变化预测
轴功率预测:
转子轴功率预测
滑动式VDVP压力云图
5、小结
Ø 变量泵的分析不同于定量泵,难度相较于定量泵难度要大得多。在PumpLinx模板功能支持下,在很大程度上降低了变量泵仿真的难度,且可以获得合理结果;
Ø 通过分析可以获得变量泵在不同工况下,最终调整环的平衡位置,进而获得此工况下的流量,以及对应的扭矩、功率、受力、空化、压力、速度等的预测结果,以评估变排量泵的设计是否符合设计要求,并进行针对性的优化改进;
Ø PumpLinx的变量泵分析功能不仅覆盖到直线式VDVP和摆动式VDVP,同时对于变量式齿轮泵和变量式摆线泵均可满足。
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