一体化液压动力单元内气泡流动观测及气泡分离方法的研究

【摘要】气泡对油液的特性以及对液压元件和系统的工作性能有较大影响,如降低油液弹性模量、引发气穴噪声、加剧油液温升等,是流体动力技术关键基础性研究课题之一。液压动力源(hydraulicpowerunit)是液压系统的“心脏”,其噪声量占整个系统噪声的75%左右,主要是气穴引起的流体噪声。因此,在分析气泡对液压系统运行所造成危害的基础上,深入研究气泡在液压动力单元内部的流体特征和分布规律,提出气泡快速分离方法,对降低液压动力单元噪声,提高其性能具有重要参考价值和指导意义。液压系统设备在大气压环境中工作,特别是在更换液压元件的过程中,无法避免地掺入空气,而此时混入空气的油液已经不再是理想状态,即不能满足液压传动对介质所需的基本要求特性-不可压缩性。因此,在深入研究分析气泡对液压系统运行所造成危害的基础上,并论述在设计、使用和维护液压系统的过程中防止气泡产生的具体措施,这对液压系统工作的可靠性和稳定性具有重要的指导意义。本论文以一体化液压动力单元为具体研究对象,采用理论分析、流场仿真和实验相结合的方法,对一体化液压动力单元内气泡流动进行了较系统的研究,应用Fluent软件中的欧拉-欧拉多相流模型对不同粘度油液和不同直径大小的气泡进行了流场仿真,得出影响气泡快速上浮的因素。搭建一体化液压动力单元测试系统平台,开展了相关性能测试与流动观测试验,发现其回油管液流含有大量不同直径的气泡,快速弥散于整个油箱油液中。针对试验存在的问题,进行了模型化试验,搭建流动显示试验装置,对气泡流动进行显示记录。最后,基于上述对气泡流动观测试验结果和流场仿真计算结果的分析,提出三种可以实现气泡分离的方案。论文主要内容如下：第1章,阐述了本课题研究的重要意义和目的；综述了气泡形成及运动规律的研究方法及现状；概括了本论文的主要研究内容。第2章,简要介绍了一体化液压动力单元的结构,并阐述了一体化液压动力单元的工作原理；分析了影响油液中空气析出特性及气泡上浮的因素；采用Fluent软件中的欧拉-欧拉多相流模型对不同影响因素下的工况进行了流场仿真计算,获得一体化液压动力单元内气泡分布云图。第3章,搭建一体化液压动力单元测试系统平台,开展了相关性能测试与气泡流动观测试验。针对试验存在的问题,进行了模型化试验,搭建流动可视化试验装置,对气泡流动进行显示记录。将可视化试验结果与模型化后的流场仿真结果进行对比,研究发现：回油管液流含有大量不同直径的气泡,快速弥散于整个油箱油液中；较大的气泡能够快速上浮、逸出液面；直径较小的气泡随液流被液压泵吸入；管路内有气泡存留现象。第4章,阐述了气液分离方法的研究现状,介绍了几种液压油分离气泡的装置与方法。基于对气泡流动观测试验结果和流场仿真计算结果的分析,通过改变流入油箱内油液的流态及运用气液两相流的流动特性,提出三种可以实现气泡分离的方案,并运用Fluent软件中的欧拉-欧拉多相流模型进行流场仿真分析。研究表明：通过改变流入油箱油液的流态,形成旋转流或紊态流,实现气泡从油液中快速分禺。最后,对本论文的研究工作和成果进行了总结,展望了下一步的研究工作。
【作者】孙东宁；
【导师】冀宏；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械电子工程，2014，硕士
【关键词】一体化液压动力单元；气泡流动；分离方法；可视化试验；Fluent仿真；

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