水压环形缝隙泄漏特性的理论和实验研究

摘要

在能源紧缺、环境恶化的21世纪,人类的生存受到巨大的威胁,必须从现在起倡导节能减排,使用绿色能源与技术,改善我们的环境,保护人类的未来。因此,纯水液压技术作为一种绿色清洁的流体传动技术,势必在将来得到广泛应用,甚至完全替代传统油压技术。但当前我国在水压元件和系统的设计制造上,还与国外有很大差距,主要原因就是对于水介质传动理论基础的研究比较落后,导致在水压元件的设计和制造时,缺乏理论和试验依据,多凭经验和借鉴油压传动技术,这就严重制约了我国水压技术的发展。本文主要针对水压元件环形缝隙泄漏的理论基础进行研究,采用理论与实验紧密结合的方法,探究了水压环形缝隙的流场特性和流动规律,为解决水压元件环形缝隙设计时遇到的诸多问题奠定基础。
　　本文首先根据水压元件环形缝隙的常见工况,将压力为8～14MPa、柱塞直径为20～35mm、密封长度为10～40mm、间隙高度为0.005～0.02mm、柱塞的偏心倾斜和柱塞的往复运动(频率25Hz)作为考虑的影响因素,设计正交试验,以研究环形缝隙在上述因素变量范围内的泄漏特性。然后从缝隙流动的基础理论入手,推导了柱塞同心、偏心、倾斜及偏心倾斜都存在情况下,环形缝隙的层流泄漏量公式。同时,对水压环形缝隙流动的流变机理、临界雷诺数和湍流泄漏量计算方法进行了讨论。
　　随后,由于环形缝隙流场的复杂性,本文采用CFD软件Fluent对正交试验进行了流场仿真,根据临界雷诺数,对不同的试验组分别使用层流模型和湍流模型计算。并对结果进行可视化分析,得到环形缝隙流场的流场特征和流动规律。
　　最后研制完成水压环形缝隙泄漏特性试验台,进行正交试验,与CFD流场仿真结果和层流公式计算结果比较,以验证仿真计算和仿真模型的流变条件是否正确。对试验和CFD仿真结果分别进行正交分析,再比较验证,得到诸多因素的影响趋势和规律。采用遗传算法对试验和仿真结果中的湍流泄漏量进行拟合,将得到的拟合公式与现有几种公式比较,最终得到适用于常见工况的水压环形缝隙湍流泄漏量的计算公式。

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1 绪论

1.1 课题的来源、研究背景及意义

1.2 课题研究现状1.1.1 国内研究现状

1.3 论文研究内容及目标

2 水压环形缝隙泄漏的研究方案与理论基础

2.1 总体研究方案

2.2 试验研究方案

2.3 水压环形缝隙泄漏的理论研究

3 水压环形缝隙泄漏流场的仿真研究

3.1 CFD概述

3.3 CFD仿真结果与分析

3.4 本章小结

4 水压环形缝隙正交试验研究

4.1 水压环形缝隙泄漏试验系统的设计

4.2 试验结果与分析

4.3 本章小结

5 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献