基于PumpLinx的變量燃料泵流動特性仿真研究

2016-09-13 by:CAE仿真在線來源:互聯網

基于PumpLinx的變量燃料泵

流動特性仿真研究

王凱1, 2, 孫濤 1, 史小鋒 1,

伊寅 1, 李永東 1, 黃艷芬3

(1. 中國船舶重工集團公司第705研究所, 陜西西安, 710075; 2. 水下信息與控制重點實驗室, 陜西西安, 710075; 3. 北京海基嘉盛科技有限公司, 北京, 610041)

摘要:為了研究魚雷變量燃料泵的流動特性, 文中提出了一種使用標準模版實現靜缸式柱塞泵的研究方法, 通過3D建模軟件UG與計算流體力學(CFD)仿真軟件PumpLinx完成對柱塞泵的仿真。在此基礎上, 進一步對泵的流量、壓力和空化進行了仿真和分析。仿真結果表明, 變量泵不會產生空化現象, 但流量脈動較大且高低壓過渡不平穩, 這些結論對變量泵的改進設計有一定的參考價值。

0 引言

動力系統是魚雷的重要組成部分, 它對魚雷的航速、航深、可靠性等都有著重要影響[1]。燃料泵是魚雷動力系統的關鍵部件, 其主要作用是將高壓燃料源源不斷輸送至燃燒室中[2]。

目前, 魚雷液體燃料的增壓及輸送均使用直軸式高壓柱塞泵。根據動力系統燃料流量的調節方式不同, 可采用斜盤傾角固定的定量柱塞泵或可變燃料流量的變量柱塞泵2種形式。定量燃料泵技術已經成熟, 而變量燃料泵研究還不夠深入, 可供借鑒的資料非常有限。“設計?樣機?試驗?定型”的每個環節都難以避免出現反復, 導致設計周期長。計算流體力學(computational fluid dynamics, CFD)仿真能以較少的費用和較短的時間模擬出燃料泵的流量、壓力、空化等流動特性, 因此開展燃料泵的CFD仿真十分必要。

PumpLinx是美國Simerics公司研發的專業泵閥仿真軟件, 其具有模擬流動、通風、汽蝕的高精度模型, 可快速完成柱塞泵網格劃分, 計算模型設置, 快速求解等功能, 能夠幫助工程師更好地設計泵和馬達。

采用PumpLinx進行變配流式變量柱塞泵CFD模擬的難點主要體現在: 1) PumpLinx提供的柱塞泵模板是轉缸式, 不能直接用于靜缸式柱塞泵的仿真; 2) 該軟件已用于變斜盤傾角的變量泵仿真, 如何實現變配流角的變量泵仿真尚需進一步研究。

文中采用復合建模技術、復雜流體域提取技術、基于專有的幾何等角自適應二元樹(geometry conformal adaptive binary tree, CAB)算法[3]的網格劃分技術建立了燃料泵的CFD模型, 解決了PumpLinx的轉缸式柱塞泵模板用于變量燃料泵仿真面臨的2個難題, 首次實現了燃料泵的3D流體性能仿真。

1 工作原理

2 燃料泵流體特性仿真

3 流體特性分析

(詳細內容詳見《魚雷技術》2015-6期P444~448)

4 結束語

文中介紹了新型靜缸變配流式燃料泵的工作原理, 并對柱塞泵進行CFD建模與仿真, 得到了泵內流體的流動特性和空化狀態。受試驗條件和測量儀器的限制, 燃燒泵的泄露、氣蝕以及柱塞腔壓力等難以通過試驗來測量和分析, 而這些問題的解決程度又直接制約柱塞泵性能的提高。通過仿真發現, 變量泵不會產生空化現象, 但流量脈動較大、柱塞腔壓力在低壓向高壓過渡會產生壓力尖峰, 對泵及其連接管路的振動噪聲可能會產生不利影響。需要說明的是, 文中的結論都是通過CFD仿真得到的, 后續尚需進一步試驗驗證。

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