液壓油引射器的性能研究

鄧帆，王國(guó)志，于蘭英，柯堅(jiān)，劉桓龍，楊懷銀

(西南交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，四川成都610031)

引射器是以引射技術(shù)為核心的一種流體運(yùn)輸設(shè)備，分為液－ 液、液－ 氣、液－ 固和氣－ 固4 個(gè)大類。在現(xiàn)有的引射器產(chǎn)品中，大多使用液－ 液這一類，并且介質(zhì)以水為主，而文中將對(duì)以液壓油作為介質(zhì)的引射器進(jìn)行研究。

喉嘴距、喉管直徑、出口擴(kuò)散角、喉管入口角度、喉管長(zhǎng)度與噴嘴角度等結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響其工作性能。引射比是引射器性能的重要指標(biāo)，對(duì)用于改善液壓泵吸油特性的引射器而言，出口壓力也是重要指標(biāo)。

根據(jù)文獻(xiàn)［1］提供的方法可以來(lái)確定引射器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。引射器的模型參數(shù)如表1，物理結(jié)構(gòu)如圖1。

表1 引射器模型基本參數(shù)

圖1 引射器結(jié)構(gòu)尺寸圖

1 仿真與建模

利用ICEM 軟件對(duì)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，其網(wǎng)格模型如圖2。網(wǎng)格數(shù)為218 560，最小質(zhì)量為0.511 659。

圖2 引射器網(wǎng)格模型

采用單變量實(shí)驗(yàn)法來(lái)研究參數(shù)對(duì)引射器性能影響，使用軟件為Fluent。在Fluent 計(jì)算中，對(duì)相關(guān)參數(shù)假設(shè)如下:

(1) 主流口直徑10 mm，流量10 L/min，初始?jí)毫? MPa;

(2) 次流口壓力0.09 MPa，油溫27 ℃;

(3) 計(jì)算出口壓力時(shí)流量設(shè)置60 L/min，計(jì)算引射比時(shí)設(shè)置壓力出口，壓力大小0.1 MPa;

(4) 流體介質(zhì)為液壓油，流體為牛頓流體，不考慮重力對(duì)流體的影響;

(5) 數(shù)值計(jì)算方法采用常用的SIMPLE 算法。為了能更好地仿真引射現(xiàn)象，使用k－ε realizable 模型和能量模型。

2 仿真結(jié)果及分析

2.1 喉嘴距對(duì)引射器性能的影響

喉嘴距b 的仿真對(duì)比參數(shù)分別為3、4、5、6、7、8 mm。

出口設(shè)置為壓力出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖3 (a) ; 出口設(shè)置為流量出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖3 (b) 。從圖3 可以得知: 喉嘴距在6 mm 時(shí)，引射比和出口壓力都是最優(yōu)的; 當(dāng)距離變小或變大時(shí)，都會(huì)變小。

圖3 喉嘴距仿真計(jì)算

2.2 喉管直徑對(duì)引射器性能的影響

選取喉管直徑a 分別為9、10、11、12 和13 mm。

出口設(shè)置為壓力出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖4 (a) ; 出口設(shè)置為流量出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖4 (b) 。從圖4 可看出: 喉管直徑在10 ～12 mm 時(shí)具有較好的出口壓力，在直徑減小或增加1 mm 的情況下，壓力下降較快。

圖4 喉管直徑仿真計(jì)算

2.3 喉管長(zhǎng)度對(duì)引射器性能的影響

選取喉管長(zhǎng)度l 分別為20、30、40、60、70 mm作為計(jì)算參數(shù)。

出口設(shè)置為壓力出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖5 (a) ; 出口設(shè)置為流量出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖5 (b) 。從圖5 可看出: 喉管長(zhǎng)度在40 mm 時(shí)具有較好的引射比和出口壓力。

圖5 喉管長(zhǎng)度仿真計(jì)算

2.4 喉管入口角度對(duì)引射器性能的影響

設(shè)計(jì)入口角度u 為50°，選擇入口角度分別為20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°作為對(duì)比。

出口設(shè)置為壓力出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖6 (a) ; 出口設(shè)置為流量出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖6 (b) 。由圖6 可以看出: 入口角度對(duì)引射器影響較小。

圖6 喉管入口角度仿真計(jì)算

2.5 噴嘴角度對(duì)引射器性能的影響

噴嘴的建議角度v 是20°，所以對(duì)比角度組是15°、18°、20°、25°、30°。

出口設(shè)置為壓力出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖7 (a) ; 出口設(shè)置為流量出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖7 (b) 。由圖7 可知: 在15° ～30°之間，角度變化基本不對(duì)引射器起到影響。

圖7 噴嘴角度仿真計(jì)算

2.6 擴(kuò)散角對(duì)引射器性能的影響

選取擴(kuò)散角分別為5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°作為對(duì)比。由于擴(kuò)散口只與出口壓力有關(guān)，對(duì)比時(shí)只做流量出口的計(jì)算。

圖8 壓力出口時(shí)擴(kuò)散口與引射比的關(guān)系

出口設(shè)置為流量出口，各數(shù)組的仿真結(jié)果見圖8?？芍? 在推薦值7°相鄰角度中，對(duì)引射器沒(méi)有影響。當(dāng)角度在6° ～12°不會(huì)對(duì)壓力產(chǎn)生較大影響，但角度達(dá)到12°時(shí)壓力急劇下降。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)引射器關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的仿真對(duì)比分析，得出了各因素對(duì)引射器性能的影響。得出如下結(jié)論。

(1) 喉嘴距對(duì)引射器影響相對(duì)較明顯。根據(jù)文獻(xiàn)［1］得到的計(jì)算值，能得到較好的引射器效果。

(2) 喉管直徑對(duì)引射器的影響較大，數(shù)值在微小變動(dòng)時(shí)也能對(duì)裝置產(chǎn)生較大影響。

(3) 喉管長(zhǎng)度對(duì)引射器影響較小，但是長(zhǎng)度取值在計(jì)算值超出20%上下區(qū)間時(shí)，引射器的性能會(huì)降低。

(4) 喉管入口角度在30° ～60°范圍內(nèi)對(duì)引射器影響不大，但是角度超過(guò)60°時(shí)，引射器效果急劇下降。

(5) 噴嘴角度對(duì)引射器的影響較小。

(6) 引射器擴(kuò)散口角度在6° ～12°之間對(duì)裝置影響較小，但超過(guò)12°后大幅降低引射器性能。

［1］陸宏圻．噴嘴技術(shù)理論及應(yīng)用［M］．武漢:武漢大學(xué)出版社，2004．

［2］賈宗謨．旋渦泵 液環(huán)泵 射流泵［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992．

［3］龍新平．射流泵喉管最優(yōu)長(zhǎng)度的數(shù)值計(jì)算［J］．水利學(xué)報(bào)，2003，14(10) :14－18．

［4］蔡啟倫．噴射泵設(shè)計(jì)計(jì)算公式的改進(jìn)［J］．江漢石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1988，10(4) :39－45．

［5］趙淑蘭．影響噴射泵工作性能的單因素分析［J］．西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，18(2) :87－93．

［6］沈東．提高射流泵性能的途徑研究［J］．云南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，12(3) :1－4．

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