液压油引射器的性能研究

邓帆，王国志，于兰英，柯坚，刘桓龙，杨怀银

(西南交通大学机械工程学院，四川成都610031)

引射器是以引射技术为核心的一种流体运输设备，分为液－ 液、液－ 气、液－ 固和气－ 固4 个大类。在现有的引射器产品中，大多使用液－ 液这一类，并且介质以水为主，而文中将对以液压油作为介质的引射器进行研究。

喉嘴距、喉管直径、出口扩散角、喉管入口角度、喉管长度与喷嘴角度等结构参数直接影响其工作性能。引射比是引射器性能的重要指标，对用于改善液压泵吸油特性的引射器而言，出口压力也是重要指标。

根据文献［1］提供的方法可以来确定引射器的结构参数。引射器的模型参数如表1，物理结构如图1。

表1 引射器模型基本参数

图1 引射器结构尺寸图

1 仿真与建模

利用ICEM 软件对模型进行结构化网格划分，其网格模型如图2。网格数为218 560，最小质量为0.511 659。

图2 引射器网格模型

采用单变量实验法来研究参数对引射器性能影响，使用软件为Fluent。在Fluent 计算中，对相关参数假设如下:

(1) 主流口直径10 mm，流量10 L/min，初始压力2 MPa;

(2) 次流口压力0.09 MPa，油温27 ℃;

(3) 计算出口压力时流量设置60 L/min，计算引射比时设置压力出口，压力大小0.1 MPa;

(4) 流体介质为液压油，流体为牛顿流体，不考虑重力对流体的影响;

(5) 数值计算方法采用常用的SIMPLE 算法。为了能更好地仿真引射现象，使用k－ε realizable 模型和能量模型。

2 仿真结果及分析

2.1 喉嘴距对引射器性能的影响

喉嘴距b 的仿真对比参数分别为3、4、5、6、7、8 mm。

出口设置为压力出口，各数组的仿真结果见图3 (a) ; 出口设置为流量出口，各数组的仿真结果见图3 (b) 。从图3 可以得知: 喉嘴距在6 mm 时，引射比和出口压力都是最优的; 当距离变小或变大时，都会变小。

图3 喉嘴距仿真计算

2.2 喉管直径对引射器性能的影响

选取喉管直径a 分别为9、10、11、12 和13 mm。

出口设置为压力出口，各数组的仿真结果见图4 (a) ; 出口设置为流量出口，各数组的仿真结果见图4 (b) 。从图4 可看出: 喉管直径在10 ～12 mm 时具有较好的出口压力，在直径减小或增加1 mm 的情况下，压力下降较快。

图4 喉管直径仿真计算

2.3 喉管长度对引射器性能的影响

选取喉管长度l 分别为20、30、40、60、70 mm作为计算参数。

出口设置为压力出口，各数组的仿真结果见图5 (a) ; 出口设置为流量出口，各数组的仿真结果见图5 (b) 。从图5 可看出: 喉管长度在40 mm 时具有较好的引射比和出口压力。

图5 喉管长度仿真计算

2.4 喉管入口角度对引射器性能的影响

设计入口角度u 为50°，选择入口角度分别为20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°作为对比。

出口设置为压力出口，各数组的仿真结果见图6 (a) ; 出口设置为流量出口，各数组的仿真结果见图6 (b) 。由图6 可以看出: 入口角度对引射器影响较小。

图6 喉管入口角度仿真计算

2.5 喷嘴角度对引射器性能的影响

喷嘴的建议角度v 是20°，所以对比角度组是15°、18°、20°、25°、30°。

出口设置为压力出口，各数组的仿真结果见图7 (a) ; 出口设置为流量出口，各数组的仿真结果见图7 (b) 。由图7 可知: 在15° ～30°之间，角度变化基本不对引射器起到影响。

图7 喷嘴角度仿真计算

2.6 扩散角对引射器性能的影响

选取扩散角分别为5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°作为对比。由于扩散口只与出口压力有关，对比时只做流量出口的计算。

图8 压力出口时扩散口与引射比的关系

出口设置为流量出口，各数组的仿真结果见图8。可知: 在推荐值7°相邻角度中，对引射器没有影响。当角度在6° ～12°不会对压力产生较大影响，但角度达到12°时压力急剧下降。

3 结论

通过对引射器关键结构参数的仿真对比分析，得出了各因素对引射器性能的影响。得出如下结论。

(1) 喉嘴距对引射器影响相对较明显。根据文献［1］得到的计算值，能得到较好的引射器效果。

(2) 喉管直径对引射器的影响较大，数值在微小变动时也能对装置产生较大影响。

(3) 喉管长度对引射器影响较小，但是长度取值在计算值超出20%上下区间时，引射器的性能会降低。

(4) 喉管入口角度在30° ～60°范围内对引射器影响不大，但是角度超过60°时，引射器效果急剧下降。

(5) 喷嘴角度对引射器的影响较小。

(6) 引射器扩散口角度在6° ～12°之间对装置影响较小，但超过12°后大幅降低引射器性能。

［1］陆宏圻．喷嘴技术理论及应用［M］．武汉:武汉大学出版社，2004．

［2］贾宗谟．旋涡泵 液环泵 射流泵［M］．北京:机械工业出版社，1992．

［3］龙新平．射流泵喉管最优长度的数值计算［J］．水利学报，2003，14(10) :14－18．

［4］蔡启伦．喷射泵设计计算公式的改进［J］．江汉石油学院学报，1988，10(4) :39－45．

［5］赵淑兰．影响喷射泵工作性能的单因素分析［J］．西南石油学院学报，1996，18(2) :87－93．

［6］沈东．提高射流泵性能的途径研究［J］．云南工业大学学报，1996，12(3) :1－4．

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