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(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,可變流量機油泵是節(jié)能領(lǐng)域的新技術(shù)成果之一。從國外相關(guān)研究報告來看,采用可變排量機油泵一般能降低乘用車發(fā)動機1%~3%的燃油消耗。因此,可變流量機油泵的研發(fā)已成為目前的發(fā)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(yīng)用。當然PumpLinx目前也有變量擺線泵和變量齒輪泵的應(yīng)用案例,后期會一一分享。著急的小伙伴則可以單獨咨詢?；萍技夹g(shù)人員。

2、直線式VDVP原理簡介

直線式可變排量滑片泵（VDVP）流體分析Pumplinx旋轉(zhuǎn)機構(gòu)有限元分析圖片1

滑動式VDVP工作原理

直線式VDVP與擺動式VDVP原理類似,區(qū)別在于調(diào)整環(huán)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(diào)節(jié)機油泵的流量。此前PumpLinx分享的擺動式VDVP應(yīng)用方案已詳細介紹了相關(guān)原理,此處就不再詳細介紹啦?？纯措y點都有哪些吧。

3、技術(shù)難點及PumpLinx的優(yōu)勢方案

3.1 技術(shù)難點

直線式VDVP與擺動式VDVP原理類似,運動調(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(wǎng)格技術(shù);

? 調(diào)整環(huán)的運動變化,需要動畫網(wǎng)格技術(shù);

? 調(diào)整環(huán)的運動,需要應(yīng)用完備的動力學(xué)模型,考慮流固耦合運動,才能獲得準確的流量調(diào)節(jié)數(shù)據(jù);

? 控制閥的響應(yīng)運動,需要動網(wǎng)格技術(shù)和動力學(xué)模型計算;

? 機油泵內(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。具體來了解下PumpLinx在VDVP流體分析領(lǐng)域所具備的技術(shù)魅力吧。簡要概括為四大特征:

VDVP模板技術(shù):

1. 分為直線式和擺動式兩種;

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. 自動化設(shè)置轉(zhuǎn)子區(qū)域的動網(wǎng)格,無需編輯代碼;

5. 自動化設(shè)置調(diào)整環(huán)區(qū)域流體的動網(wǎng)格,無需編代碼;

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)的動力學(xué)模型,并自動控制動網(wǎng)格變化,無需編輯代碼。

閥門模板技術(shù):

7. 部分VDVP出口配有控制閥,模板可以自動構(gòu)建閥門運動區(qū)域的高質(zhì)量網(wǎng)格, 自動設(shè)置閥門運動的動網(wǎng)格和自由度模型。各種開發(fā)都不需要,且獲得的是動態(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。

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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(diào)整環(huán)的位置移動到合適的位置,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進行分析時,需要對調(diào)整環(huán)的運動區(qū)域進行分區(qū)處理,以便獲得高質(zhì)量的網(wǎng)格;分區(qū)技術(shù)具體可咨詢海基科技技術(shù)人員;

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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)運動區(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,避免運動過程出現(xiàn)負網(wǎng)格;

? 出口配有控制閥的,也采用spool valve進行網(wǎng)格劃分,自動生成高質(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的二叉樹笛卡爾網(wǎng)格,簡便又高效;

? 網(wǎng)格總數(shù)約78萬;

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4.3 模型設(shè)置及求解

? 湍流模型,采用標準k-e模型;

? 全空化數(shù)值模型;

? 采用非定常計算;

? 轉(zhuǎn)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(zhì)屬性(僅為示例)

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調(diào)整環(huán)參數(shù)(僅為示例)

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4.3 部分結(jié)果展示

進出口質(zhì)量守恒情況:

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進、出口質(zhì)量流量守恒

變量泵穩(wěn)定后的流量預(yù)測:

出口流量預(yù)測

調(diào)整環(huán)位移預(yù)測:

VDVP調(diào)整環(huán)位移變化預(yù)測

軸功率預(yù)測:

轉(zhuǎn)子軸功率預(yù)測

滑動式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,進而獲得此工況下的流量,以及對應(yīng)的扭矩、功率、受力、空化、壓力、速度等的預(yù)測結(jié)果,以評估變排量泵的設(shè)計是否符合設(shè)計要求,并進行針對性的優(yōu)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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編輯

直線式可變排量滑片泵（VDVP）流體分析

1、背景描述

2、直線式VDVP原理簡介