气蚀的CFD评价方法.pdf

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1、液压气动与密封／2011年第5期气蚀的CFD评价方法刘凯杜润柯坚(西南交通大学新型驱动技术中心，IN；fl成都610031)摘要：对空化射流气蚀实验装置的内部流场用CFD软件进行数值仿真计算，建立气泡破灭假设，利用气穴数(评价气蚀的位置及程度，将仿真结果与实验数据对比得出气蚀发生的or范围。结果表明：对于石油基液压油(IS0VG32)，气蚀发生在Or=l～6时，当Or=2．5时气蚀最严重；对于自来水，气蚀发生在Or=O．5～3时，当Or=1．5时发生最大气蚀。关键词：气蚀：气穴数；CFD；空化射流中图分类号：THI38．1文献标识码：A文章编号：1008—081

2、3(2011)05—0032—04EvaluationMethodofCavitationErosionwi出CFDLIUKaiDURunKEJian(NewDriveTechnologyCenter，SouthwestJiaotongUniversity，Chengdu610031，China)Abstract：WesimulatedinnerfluidfieldofcavitationjetapparatuswithCFD(ComputationalHuidDynamics)software，settinguphypothesisofbubblescolla

3、pseandusecavitationnumber(0r)toevaluatelocationandextentofcavitationerosion，andcombinedOrvaluetllexperimentresulttogetOrrangewherecavitationerosiontakesplace．Theresultshows：forpetroleumbasedhydraulicoil0soVG32)，cavitationerosiontakesplacewhenOr=l-6andcavitationerosionismostseriousatO

4、r=2．5；fortapwater,cavitationerosiontakesplacewhenOr-O．5-3andcavitationerosionismostseriousatOr=1．5．KeyWords：cavitationerosion；cavitationnumber；CFD；cavitationjetO引言3T、3S两种形式。如图2所示。被测试件形状有斜面，锥面(含内凹和外凸)和平面三种，如图3所示。随着液压技术向高速、高压、大功率和小型化方向发展．液压元件的气蚀破坏越来越严重。Liehtarowicz于1972年提出用射流装置测试材料气蚀，证

5、实了气蚀强度与喷嘴口到被测试件表面距离间的关系【l。随后释Yamaguchi等也用类似的装置对气蚀做了大量研究I，均得到了很多有价值的结论。CFD(计算流体动力学)技术的发展和CFD商业软件的广泛应用，使得由CFD软件模拟液压元件内部流场成为可能。因此可以对实验装置进行可视化分析，避免盲目实验，并可优化产品设计。本文根据Yamaguehi的实验装置嘲进行CFD建模蒿仿真。分析实验结果并找出参数or评价气蚀。作出盯的1分布图；对比实验，or分布图可以比较准确的反映气蚀(a)(b)的位置和程度。图2喷嘴固定扣开孔形状(a：咖3T，b：4,3s)1Yamaguchi的

6、实验实验所用装置如图l所示。喷嘴长度分别为4mm、3mm．直径分别为1、4'0．75。喷嘴固定扣形状有囱i-i收稿日期：20l0—o9—05(a】斜而(b)锥面(c)平而作者简介：刘凯(1986-)，男，硕士研究生，西南交通大学驱动与智能系统图3试件形状专业，现从事气蚀仿真研究。32：：2仿真模型及计算条件图5所示为当油作为介质时实验装置内流场分布，压力用等压线表示，速度用云图表示。2．1网格划分采用STAR—CD命令将实验装置划分为六面体网格。如图4所示。J／(a)L：10mm，腐蚀麓=①(b)L=25mm，腐蚀精=②图4仿真刚格模型2．2计算条件在仿真过程中

7、对流体做了如下假设：①流体介质分别为液压油(ISOVG32)和自来水，其参数如表l、表2所示；②流体为不可压缩，牛顿流体(即速度梯度变化时，动力黏度不变)；③压力低于空气分离压时不会出现空化现象；④模型流动状态为紊流，采用，(一紊流模型。表1液压油ISOVG32计算参数(C)L=35mnl，腐蚀箭=③(d)实验测得腐蚀和距离的关系名称数值5流场内』盘力速度分布图(油，1，3S，半向)v保护：试件表面压力低．流体速度快，气泡从试件表面快速通过，气泡在试件表面破裂的数量少，腐蚀轻。对应图5a。P保护：试件表面压力高，流体速度低，大量气泡在表2自来水计算参数离试件表面

8、较远处破裂，气泡冲不进试