威格士齿轮泵多连通容积内空化演变过程及其影响研究
外啮合齿轮泵因结构简单、工作可靠被广泛应用于液压传动系统。随着工业应用和环境保护要求的提高，齿轮泵正朝着低噪声、低流量脉动以及高压高速化的方向发展。通常条件下由于回路的背压有限，入口压力较低，齿轮泵容易发生空化，析出的气体对齿轮泵的工作特性产生不利影响。因此，空化问题是齿轮泵研究中的一个重要方向。本文针对当前油液空化模型与齿轮泵流体动力学仿真模型的不足，围绕着外啮合齿轮泵内的空化演变过程和空化对齿轮泵工作特性的影响两条主线展开了系统的研究，运用理论建模、CFD仿真和试验分析相结合的研究手段，构建了基于集中参数法的齿轮泵多连通容积空化演变模型，揭示了齿轮泵内的空化演变规律，为进一步提高齿轮泵设计方法和探究空化与其它物理现象的耦合规律提供了有力工具，具有重要的理论和工程应用价值。 通过考虑油液中空气析出与消解过程的时变性，建立了密闭容积内油气两相的动态空化模型，推导了油液属性（如密度和有效体积弹性模量）与含气率之间的本构关系，继而通过试验验证了该模型的有效性，并解释了密闭容积压缩膨胀过程中油液密度的“迟滞”现象。研究表明，油液密度主要受质量含气率影响而油液有效体积弹性模量主要受体积含气率影响；油液膨胀过程中空气的析出速率要大于压缩过程中空气的消解速率。 将密闭容积内油气两相动态空化模型推广至连通容积，综合考虑容积内空气的析出和消解、相邻连通容积之间的质量交换以及容积自身体积的变化，推导了含气率微分方程。应用该方程建立了泵入口节流段的集中参数模型，研究了泵入口两相临界流效应，进而获得了喉口直径、油箱压力以及空气析出系数等对临界压力和泵极限供油转速的影响规律。结果表明，临界状态下节流段喉口区油液的流速等于声速；减小空气析出速率对改善齿轮泵空化性能有重要作用。 将外啮合齿轮泵等效为多个连通的控制容积，建立了基于集中参数法的齿轮泵多连通容积空化演变模型，分析了气体在不同齿腔内的析出、流动、分布以及消解等演变过程，研究了齿腔内油液压力和含气率的变化特性，揭示了空化对齿轮泵内建压过程、容积效率以及压力流量脉动等特性的影响机理。研究表明，齿轮泵空化时内部泄漏增加，容积效率降低，出口压力脉动变大。 zui后，研究了空化对齿轮泵开式回路温升特性的影响。分析了回路中元件对外界的散热率，结合气体在齿轮泵流场中的演变行为，提出了空化产热的计算方法。利用液压系统的热力学方程，建立了齿轮泵开式回路的热力学模型，分析了空化时齿轮泵回路的油温变化过程，并通过了试验验证。研究表明，空化产热来源于齿轮泵建压过程中对气体的压缩做功，空化使回路中油液温度上升变快。

威格士齿轮泵多连通容积内空化演变过程及其影响研究    齿轮泵具有的显著特点是结构简单，制造简便、尺寸小、寿命长、购买价格低、自吸能力强、工作可靠性高、对油液敏感度低、维护起来较方便。同时，由于齿轮泵对称的结构特点，因此它能够实现高速旋转。这些优点使外啮合齿轮泵被广泛应用于采矿设备，冶金设备，建筑机械，机床设备，航空造船等各个行业及各种工程和农业机械中。另外，齿轮泵在液压传动系统和润滑系统中应用也很广泛。但是齿轮泵的自身结构也导致它存在困油现象、流量不均匀、流量脉动大、工作噪声高及排量不可调节的缺点。本文针对泵的流量脉动以及泵体炸裂失效开展了研究，并取得了一些研究成果。 论文先从基础理论入手，对外啮合齿轮泵的流量脉动公式作了推导，从理论上得出齿轮泵流量脉动受哪些参数的影响以及与这些参数的关系。然后利用FLUENT流体分析软件，在基于动网格的基础上，对齿轮泵的内流场进行了数值模拟分析，得到齿轮泵内部压力场及速度场，分析出齿轮泵内部的泄漏部位及困油现象，通过不同转速下的仿真试验，研究齿轮泵的流量脉动、噪声与转速之间的关系，为低脉动、低噪声齿轮泵的研究提供一定的实践基础。论文通过对齿轮泵内流场仿真，得到沿泵体内壁面的压强分布规律，为泵体优化过程中的施加载荷提供依据。 在泵体优化过程中，根据理论推导和内流场仿真结果，对泵体施加工作载荷，利用ANSYS Workbench软件进行分析，优化泵体结构，使泵体质量减轻，为齿轮泵整体的轻量化设计提供了优化方法。