1.背景介紹
液體內(nèi)局部壓力降低時，液體內(nèi)部或液固交界面上蒸氣或氣體的空穴(空泡)的形成、發(fā)展和潰滅的過程叫做空化。液體運動中物體受空化沖擊后，表面會出現(xiàn)的變形和材料剝蝕現(xiàn)象，又稱剝蝕或氣蝕。空化過程中，空泡急速產(chǎn)生、擴張和潰滅，在液體中形成激波或高速微射流。金屬材料受到?jīng)_擊后，表面晶體結(jié)構(gòu)被扭曲，出現(xiàn)化學(xué)不穩(wěn)定性，使鄰近晶粒具有不同的電勢，從而加速電化學(xué)腐蝕過程。剝蝕區(qū)域材料的機械性能顯著惡化，導(dǎo)致空蝕量劇增。
2.研究內(nèi)容
軸向柱塞泵內(nèi)部空化是影響其綜合性能的一個主要因素。太原理工大學(xué)機械與運載工程學(xué)院的黃家海教授團隊，針對柱塞缸體摩擦表面氣蝕現(xiàn)象，設(shè)計了一個可觀察單個柱塞腔與卸荷槽導(dǎo)通狀態(tài)下流場特征的可視化裝置，利用高速攝像機對流經(jīng)卸荷槽的噴射流動現(xiàn)象進行測量，采用流體仿真和流場可視化測量的方法揭示了這種成因關(guān)系。
可視化試驗臺，包括可視化裝置、數(shù)據(jù)采集裝置及輔助裝置。使用千眼狼 5KF20 高速攝像機，具有高達 120,000 幅每秒的圖像采集速度，能夠清晰捕捉氣泡產(chǎn)生及消失過程，其主要參數(shù)為1920×1080@3000fps。配備專用的高頻穩(wěn)流電源與1KW金屬鹵化物燈，提高對成像目標(biāo)和真實狀態(tài)的記錄。高倍聚光鏡將光線匯聚到可視化窗口處，調(diào)節(jié)鏡頭光圈和曝光時間使圖像更加清晰。
本研究著重分析了配流盤卸荷槽與柱塞缸體摩擦表面氣蝕的內(nèi)在關(guān)系，綜合利用流體仿真、流場可視化和軸向柱塞泵型式試驗等技術(shù)手段開展了研究工作，并獲得以下結(jié)論：
（1）軸向柱塞泵吸、排油過程中的流體流動具有周期性，基于該原則設(shè)計的卸荷槽流場可視化觀察系統(tǒng)是有效可行的，能夠觀察到流體通過卸荷槽時的主要流動特征。
（2）射流角小于 20°時射流方向靠近配流盤/柱塞缸體摩擦表面，不僅會將大量氣泡射入吸油口，影響吸油效率，還對缸體摩擦表面和配流盤內(nèi)壁面形成破壞。
（3）在預(yù)卸荷階段，柱塞腔內(nèi)殘余高壓與配流盤卸荷槽連通時將產(chǎn)生高速射流，并在處于吸油階段的上一個柱塞下方形成速度漩渦，漩渦使部分空化產(chǎn)生的氣泡形成渦滯留，導(dǎo)致柱塞吸油受阻。
4.行業(yè)應(yīng)用總結(jié)
流體機械涉及到如水輪機、汽輪機、泵和壓縮機等，研究的內(nèi)容涉及流體、機械運轉(zhuǎn)、氣泡、多相流等，這部分均是高速攝像所擅長的領(lǐng)域，目前已有多項成熟解決方案，如PIV流場觀測，高速攝像，DIC應(yīng)變測量等。通過解決方案的加持，老師可以通過非接觸的方式獲取相關(guān)研究所需信息。（文章摘自：劉珊珊，雷欣瑞，宋字宇，楊凱，黃家海 《柱塞泵配流盤卸荷槽開度對瞬態(tài)流場特征影響》）
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