液壓油引射器的性能研究

鄧帆，王國志，于蘭英，柯堅，劉桓龍，楊懷銀

(西南交通大學機械工程學院，四川成都610031)

引射器是以引射技術為核心的一種流體運輸設備，分為液－ 液、液－ 氣、液－ 固和氣－ 固4 個大類。在現有的引射器產品中，大多使用液－ 液這一類，并且介質以水為主，而文中將對以液壓油作為介質的引射器進行研究。

喉嘴距、喉管直徑、出口擴散角、喉管入口角度、喉管長度與噴嘴角度等結構參數直接影響其工作性能。引射比是引射器性能的重要指標，對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。

根據文獻［1］提供的方法可以來確定引射器的結構參數。引射器的模型參數如表1，物理結構如圖1。

表1 引射器模型基本參數

圖1 引射器結構尺寸圖

1 仿真與建模

利用ICEM 軟件對模型進行結構化網格劃分，其網格模型如圖2。網格數為218 560，最小質量為0.511 659。

圖2 引射器網格模型

采用單變量實驗法來研究參數對引射器性能影響，使用軟件為Fluent。在Fluent 計算中，對相關參數假設如下:

(1) 主流口直徑10 mm，流量10 L/min，初始壓力2 MPa;

(2) 次流口壓力0.09 MPa，油溫27 ℃;

(3) 計算出口壓力時流量設置60 L/min，計算引射比時設置壓力出口，壓力大小0.1 MPa;

(4) 流體介質為液壓油，流體為牛頓流體，不考慮重力對流體的影響;

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

2 仿真結果及分析

2.1 喉嘴距對引射器性能的影響

喉嘴距b 的仿真對比參數分別為3、4、5、6、7、8 mm。

出口設置為壓力出口，各數組的仿真結果見圖3 (a) ; 出口設置為流量出口，各數組的仿真結果見圖3 (b) 。從圖3 可以得知: 喉嘴距在6 mm 時，引射比和出口壓力都是最優的; 當距離變小或變大時，都會變小。

圖3 喉嘴距仿真計算

2.2 喉管直徑對引射器性能的影響

選取喉管直徑a 分別為9、10、11、12 和13 mm。

出口設置為壓力出口，各數組的仿真結果見圖4 (a) ; 出口設置為流量出口，各數組的仿真結果見圖4 (b) 。從圖4 可看出: 喉管直徑在10 ～12 mm 時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 喉管直徑仿真計算

2.3 喉管長度對引射器性能的影響

選取喉管長度l 分別為20、30、40、60、70 mm作為計算參數。

出口設置為壓力出口，各數組的仿真結果見圖5 (a) ; 出口設置為流量出口，各數組的仿真結果見圖5 (b) 。從圖5 可看出: 喉管長度在40 mm 時具有較好的引射比和出口壓力。

圖5 喉管長度仿真計算

2.4 喉管入口角度對引射器性能的影響

設計入口角度u 為50°，選擇入口角度分別為20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°作為對比。

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

圖6 喉管入口角度仿真計算

2.5 噴嘴角度對引射器性能的影響

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

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

圖7 噴嘴角度仿真計算

2.6 擴散角對引射器性能的影響

選取擴散角分別為5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°作為對比。由于擴散口只與出口壓力有關，對比時只做流量出口的計算。

圖8 壓力出口時擴散口與引射比的關系

出口設置為流量出口，各數組的仿真結果見圖8。可知: 在推薦值7°相鄰角度中，對引射器沒有影響。當角度在6° ～12°不會對壓力產生較大影響，但角度達到12°時壓力急劇下降。

3 結論

通過對引射器關鍵結構參數的仿真對比分析，得出了各因素對引射器性能的影響。得出如下結論。

(1) 喉嘴距對引射器影響相對較明顯。根據文獻［1］得到的計算值，能得到較好的引射器效果。

(2) 喉管直徑對引射器的影響較大，數值在微小變動時也能對裝置產生較大影響。

(3) 喉管長度對引射器影響較小，但是長度取值在計算值超出20%上下區間時，引射器的性能會降低。

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

(5) 噴嘴角度對引射器的影響較小。

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

［1］陸宏圻．噴嘴技術理論及應用［M］．武漢:武漢大學出版社，2004．

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