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燃料泵柱塞油膜摩擦生热CFD仿真分析

陈文杰 李永东 白长青

陈文杰, 李永东, 白长青. 燃料泵柱塞油膜摩擦生热CFD仿真分析[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(2): 298-304 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202111003
引用本文: 陈文杰, 李永东, 白长青. 燃料泵柱塞油膜摩擦生热CFD仿真分析[J]. 水下无人系统学报, 2023, 31(2): 298-304 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202111003
CHEN Wenjie, LI Yongdong, BAI Changqing. Simulation Analysis of Fuel Pump Piston Oil Film Friction Heat Generation Based on CFD Method[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(2): 298-304, 315. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202111003
Citation: CHEN Wenjie, LI Yongdong, BAI Changqing. Simulation Analysis of Fuel Pump Piston Oil Film Friction Heat Generation Based on CFD Method[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems, 2023, 31(2): 298-304, 315. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202111003

燃料泵柱塞油膜摩擦生热CFD仿真分析

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202111003
详细信息
    作者简介:

    陈文杰(1996-), 男, 在读硕士, 主要从事轴向柱塞泵流场仿真分析

  • 中图分类号: TJ630.32

Simulation Analysis of Fuel Pump Piston Oil Film Friction Heat Generation Based on CFD Method

  • 摘要: 对水下燃气涡轮机动力系统燃料泵柱塞油膜摩擦生热问题, 结合流体力学动网格和滑移网格方法, 根据柱塞运动方程进行用户自定义函数编程, 考虑油液的粘温特性建立燃料泵柱塞油膜仿真计算模型, 并给出了柱塞油膜摩擦生热建模分析方法。根据所提出分析方法对柱塞油膜摩擦生热进行了仿真分析, 研究了出口压力、壁面温度及转速等参数对油膜摩擦生热引起温度变化的影响规律。获得如下结论: 入口压力为0.5 MPa时, 出口压力的变化对油膜温度上升影响较小, 且油膜顶部位置温度上升量最大, 在转速为2 250 r/min工况下温度上升量可达4 K左右; 2) 在300~373 K范围内, 壁面温度每上升20 K, 油膜顶部温度上升量降低约50%, 且373 K时油膜顶部温度上升量仅为300 K时的9.2%; 3) 油膜温度上升量与转速近似呈线性关系。

     

  • 图  1  燃料泵局部结构和柱塞副结构示意图

    Figure  1.  Local structure of a fuel pump and structure of a piston pair

    图  2  柱塞油膜模型示意图

    Figure  2.  The piston oil film model

    图  3  柱塞运动原理图

    Figure  3.  The principle of piston movement

    图  4  柱塞运动速度与位移量随主轴转速变化曲线

    Figure  4.  Curves of piston movement speed and displacement changing with rotational speed

    图  5  摩擦生热仿真分析方法流程图

    Figure  5.  Flow chart of friction heat generation simulation analysis method

    图  6  黏温关系曲线

    Figure  6.  The relationship between viscosity and temperature

    图  7  不同出口压力下p1点温度随时间变化曲线

    Figure  7.  The temperature changes on point p1 over time under different outlet pressures

    图  8  不同出口压力各监测点温度升量对比曲线

    Figure  8.  The comparison curves of temperature rise at monitoring points under different outlet pressures

    图  9  各监测点压力随时间变化曲线

    Figure  9.  The pressure changes over time at each monitoring point

    图  10  各监测点温度随时间变化曲线

    Figure  10.  The temperature changes over time at each monitoring point

    图  11  油膜不同位置温度分布曲线

    Figure  11.  The temperature distribution curve of oil film at different positions

    图  12  不同壁面温度下p1点压力随时间变化曲线

    Figure  12.  The pressure changes with time at different conditions of wall temperatures at point p1

    图  13  不同壁面温度下p1点温度随时间变化曲线

    Figure  13.  The temperature changes with time at different conditions of wall temperatures at point p1

    图  14  不同转速下p1点压力随时间变化曲线

    Figure  14.  The pressure changes with time at different rotational speeds at point p1

    图  15  不同转速下p1点温度随时间变化曲线

    Figure  15.  The temperature changes with time at different rotational speeds at point p1

    图  16  不同转速下各监测点温升变化曲线

    Figure  16.  The variation of temperature rise at monitoring points under different rotational speeds

    表  1  网格验证结果

    Table  1.   The results of grid verification

    网格单元数时间步/s顶部油膜温度/K中部油膜温度/K
    1151210.000 0503.550.94
    1151210.000 0253.500.95
    1151210.000 0103.510.95
    2374170.000 0103.440.93
    4380440.000 0103.450.94
    8506850.000 0103.440.93
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    表  2  油液物性参数

    Table  2.   The physical parameters of oil

    密度
    /(kg/m3)
    比热容
    /(J/(kg·K))
    导热系数
    /(W/(m·K))
    动力黏度
    /(kg/(m·s))
    88018000.1270.026 27(313 K);
    0.004 43(373 K)
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    表  3  油膜温升仿真边界条件

    Table  3.   The boundary conditions of the rise of temperature on oil film

    变量入口压力/MPa出口压力/MPa壁面温度/K转速/(r/min)
    出口压力0.50.4绝热2 250
    0.50.3绝热2 250
    0.50.2绝热2 250
    0.50.1绝热2 250
    0.50.01绝热2 250
    壁面温度0.50.43002 250
    0.50.43132 250
    0.50.43332 250
    0.50.43532 250
    0.50.43732 250
    转速0.50.4绝热1 000
    0.50.4绝热2 000
    0.50.4绝热3 000
    0.50.4绝热4 000
    0.50.4绝热5 000
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    表  4  不同壁面温度下p1点温度上升量

    Table  4.   The rise of temperature at different conditions of wall temperatures at point p1

    出口压力/MPa壁面温度/K转速/(r/min)p1点温升/K
    0.43002 2501.792
    0.43132 2501.026
    0.43332 2500.501
    0.43532 2500.270
    0.43732 2500.165
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-19
  • 修回日期:  2022-05-15
  • 网络出版日期:  2023-02-21

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