【摘 要】
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液压传动与控制系统广泛应用于移动装备上,其轻量化与小型化对提升装备整体性能和节能减排有重大意义。在液压系统中,油箱的轻量化和小型化研究得到了广泛关注,直接减小油箱体积可以达到减重的目的,但同时会导致颗粒和气泡等污染物的分离效率降低。针对这一问题,本文提出一种利用异形流道壁面约束形成特征流场来强化除杂除气功能的污染物分离模块,在此基础上结合稳流模块给出一种非金属迷宫型液压油箱构型。本文重点开展以下研
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“液压元件与系统轻量化设计制造新方法”（项目编号:2018YFB2000700）中的课题三“油箱小型化设计方法与成型技术”（课题编号:2018YFB2000703）；
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液压传动与控制系统广泛应用于移动装备上,其轻量化与小型化对提升装备整体性能和节能减排有重大意义。在液压系统中,油箱的轻量化和小型化研究得到了广泛关注,直接减小油箱体积可以达到减重的目的,但同时会导致颗粒和气泡等污染物的分离效率降低。针对这一问题,本文提出一种利用异形流道壁面约束形成特征流场来强化除杂除气功能的污染物分离模块,在此基础上结合稳流模块给出一种非金属迷宫型液压油箱构型。本文重点开展以下研究工作:（1）基于流场特征的污染物分离模块结构设计。面向液压油箱的污染物分离功能,基于流体动力学理论分析颗粒和气泡在特征流场中的运动和分离规律,设计强化除杂除气功能的涡旋除杂区和抛流除气区,并确定二者的关键设计参数。（2）污染物分离模块设计参数优化与性能分析。基于CFD仿真方法,以高除杂率为目标,通过正交试验法对涡旋除杂区进行结构参数优化分析;以高除气率和低压降为目标,采用RBF神经网络和NSGA-Ⅱ相结合的多目标优化方法进行抛流除气区结构优化设计;最终得到二者在给定工况下的优选结构。（3）污染物分离模块流场可视化试验研究。搭建流场可视化试验平台,使用PIV技术测量涡旋除杂区内部流场特性;提出一种适用于液-气两相流试验中气泡状态观测的灰度时均图像处理方法,基于此分析抛流除气区中气泡的运动和分布情况;通过试验验证CFD仿真分析以及污染物分离模块优化结果的正确性。（4）非金属迷宫型液压油箱优化设计与性能分析。面向液压油箱的稳流功能设计稳流吸油区并进行结构优化研究;结合污染物分离模块给出非金属迷宫型液压油箱优化构型,并基于CFD仿真评价其相比于传统液压油箱的性能提升。本文设计了一种利用特征流场实现高效除杂除气的污染物分离模块,基于此给出了一种非金属迷宫型液压油箱构型;探究了一种基于流场分析的非线性多目标结构优化流程;提出了一种用于液-气两相流仿真验证与试验分析的新方法,为轻量化和小型化液压油箱设计优化提供理论基础与方法指导。
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