引言
与传统液压系统相比，电液执行器(EHA)具有许多优点，如驱动效率高、振动和噪声低，而且它们相对较小的尺寸使它们很容易与紧凑的设备设计集成。EHA 的伸缩运算一般是通过控制驱动固定液压泵的伺服电机的转向和转速来实现的。因此，在 EHA 中使用的内置液压泵必须具有双向运行能力。然而，虽然渐开线内齿轮泵提供流量-速度特性，非常适合在 EHA 使用，传统的设计没有双向旋转的能力。这导致了卧式离心抽水泵的广泛研究。为了适应双向流动，吸油口和排油口的范围和腔体积是对称的。
常规设计的吸附室吸油口的范围大于排油室吸油口的范围，壳体吸油腔体积大于排油腔体积。这些特点确保了稳定的吸油和高的排油压力。此外，当伺服电机逆向时，吸排气室压力突然发生变化，在油的反向流动下形成巨大的液压冲击，容易产生空化，严重影响吸油稳定性。因此，必须大幅度改善卧式离心抽水泵的吸力和流量特性，以促进其在 EHA 中的有效应用。这些问题已被大量的研究人员广泛研究，J draszczyk 等研究了转速对齿轮泵流场的影响。Del Campo 等和 Wang 等应用计算流体力学(CFD)方法研究了不同转速下外啮合齿轮泵吸油腔内的空化现象。Mithun 等和 Zhao 等采用瞬态模拟分析方法研究了油中溶解气体浓度对空泡空化的影响。
因此，我们目前对卧式离心抽水泵的油性、吸入室容积、吸入压力和转速对其吸油能力和空化特性的影响的理解仍然不完整。因此，我们开发具有改进的吸油能力和汽蚀特性的双向泵设计的能力仍然相当有限。目前的工作通过使用 PumpLinx (Simerics，Inc.) CFD 软件进行详细的 CFD 模拟来解决这个问题。研究结果表明，模拟的双向泵的油中溶解气体的质量分数、吸入室容积、吸入压力和转速与其吸油能力和空化特性之间的相关性，这对于指导改进卧式离心抽水泵的设计显然是有用的。
仿真模型
图1 卧式离心抽水泵的三维有限元模型。
三维几何模型如图1所示，本文所考虑的卧式离心抽水泵设计的三维(3D)计算域主要由吸油和排油流道、吸油和排油室、吸油和排油腔、转子区域、补偿结构区域以及在结构的不同点的摩擦副之间产生的不同的径向油膜组成。通过对相应摩擦副之间具有适当径向油膜间隙的油膜进行网格划分，得到了真实的仿真结果。
吸油压力设定为1巴(0.1 MPa) ，排油压力设定为100巴(10 MPa) ，油温设定为313.15 K。模拟所采用的流体介质的性质是基于 ISO46抗磨液压油的性质。油密度 ρ 为872kg/m3。液压油在不同压力和温度下的动态粘度 μ 是根据 Roelands 公式建立的。
采用有限体积法对气相动量 Navier-Stokes 方程进行离散。计算中考虑了重力。压力场和速度场用 SIMPLEmethod 联系起来。利用二阶离散化方法对动量方程、非线性对流项和粘性项进行了离散化。.控制方程流体流动遵循与质量、动量和能量守恒相关的定律，并给出了它们的微分表达式。
这里，ρ 和 μ 是流体的密度和动粘度，→ u 是速度矢量，p 是静水压力，T 是流体的应力张量。(2)湍流模型: 齿轮泵在闭合容积内通过齿轮副齿轮的交替啮合增加压力并输送液压介质。
这里，k 是湍流的动能，Ω 是控制体积，σ 是控制体积表面，ν 是速度矢量，vσ 是控制体积表面的速度矢量，n 是表面常数，μt 是湍流粘度，σk 是对应于 k 的 Schmidt 数，其中 σk = 1，Gt 是湍流产生项，可以表示为流体速度和剪切应力传感器的函数，ε 是湍流耗散率，c1 = 1.44，c2 = 1.92是常数。
图2 不同转速下空载条件下理论计算与模拟容积输出流量的比较。
模型精度验证模拟模型的准确性通过比较模拟得到的油的输出体积流量和基于理论计算得到的在五种不同转速和其他标准条件下的油的输出体积流量来验证。然而，应该指出的是，在理论计算中没有考虑油的压缩性，这可能会导致在高负荷条件下的理论计算中产生相当大的误差。图2表示了不同转速下的输出容积流量，它是驱动齿轮转动角度的函数。
模拟结果
图3喷嘴间距对喷射泵性能的影响(d1.41.0 mm，Q1.41.8 lpm，T1.443C，Pt1.42.0 bar)。
喷嘴间距的影响喷嘴间距对性能的影响是有意义的，因为在公开的文献报道。然而，它在很大程度上也依赖于其他参数。要求优化喷嘴间距，使喷射泵的参数和几何形状达到最大效率。如果二次流体入口损失不大，且混合室长度最佳，则完全插入式喷嘴通常能获得最佳效率。同样的效果在较高的流量比下更具有优势，这对我们的应用具有特殊的意义。通常，喷嘴间距表示为相对于喷嘴直径(d)或混合室直径(D)。图3描述了相对喷嘴间距(s/d)对喷射泵性能的影响，其他参数为: d1.41.0 mm，Q1.41.8 lpm，T1.43 C，Pt1.42.0 bar。可以看出，随着相对喷嘴间距(s/d)从0.0增加到1.0，喷射泵性能有所下降。可能是因为喷射损失的增加。
结论
基于流体动力学仿真软件，建立了卧式离心抽水泵的三维数学模型。通过计算结果与理论流动曲线的比较，验证了模型的正确性。最后，以全空化模型为基础，研究了结构、介质性能和操作条件等不同工况对其吸油特性的影响。主要结论如下。(1)齿轮副脱离区域的吸油腔内产生空化，随着齿轮副的旋转，吸油腔内的空化程度增加。空化程度再次降低，因为腔补充油，然后空化转移到脱离区域的新啮合的一对牙齿。(2)相对低转速时，吸油腔体积对空化程度影响不明显，但在相对高转速时，空化程度随吸油腔体积的增大而减小。
参考文献
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