李司宇

（核工業(yè)理化工程研究院，天津 300180）

阻尼器是高速旋轉設備的核心部件。高速旋轉設備需要在高真空環(huán)境中工作，這就要求阻尼器中的阻尼油具有較高的潔凈度。注油過程中，如果產(chǎn)生液體噴濺或者阻尼油中融入氣體均會引入附加雜質(zhì)，不利于設備的長期穩(wěn)定運行。

目前，機械相關行業(yè)主要采用常壓下在阻尼器中加注阻尼油的方式減少附加雜質(zhì)，并未對高真空條件下防止雜質(zhì)侵入采取有效舉措。本次研究建模不同角度和形貌的阻尼油加注油嘴，通過仿真分析注油時瞬態(tài)阻尼油氣液兩相、自由液面湍流流動的情況，給出高真空下不同角度和形貌的阻尼油加注油嘴對流體影響的規(guī)律，設計一種高效的防噴濺阻尼油油嘴。

1 物理模型

阻尼器的整個注油過程是在真空環(huán)境下完成的。開始注油前，將上儲油腔和下注油腔的壓強抽真空到技術條件要求的范圍內(nèi)。注油時，阻尼油以一定的速度從儲油腔中流出，在重力作用下沿注油管向下流動。在注油管的喉管處，阻尼油與注油腔中存在少量空氣，并伴隨空氣的卷吸與油的相變，在注油管彎管處發(fā)生碰撞，最終流入阻尼器[1]。注油管的幾何模型如圖1所示，其中注油管管口直徑為8 ㎜。在6 Pa的環(huán)境壓強下，帶入溫度為50 ℃的阻尼油材料物質(zhì)。因為湍流模型對計算精度具有顯著影響，所以必須選用合適的計算模型[2]。注油管加油速度快呈湍流狀態(tài)，因此選用RNG k-ε模型模擬注油[3]。

圖1 注油管的幾何模型

2 仿真結果與分析

注油管的幾何結構對阻尼油的流動具有重要影響。不同的注油管彎曲角度和油嘴形狀會影響阻尼油的流動速度[4]。如果加油速度過快，會造成阻尼油從注油管出口飛濺，也會在加油過程中增加阻尼油中的氣容量，影響阻尼油的潔凈度。

2.1 加油管不同彎管角度的計算結果

對于管內(nèi)流動，流體的能量損失包括沿程損失和局部損失[5]。討論彎曲角度是否會對流體的流動造成影響，取注油管的不同彎曲角度進行仿真計算，選取α分別為30°、50°、70°注油管的彎管角度作為計算研究對象，得到不同彎管角度下管道中的油氣體積分數(shù)截面圖，如圖2所示。

由圖2可知，3種彎管角度下的注油管中的氣容量均在10-15量級范圍，可見彎管角度對氣體含量的影響較小。同一時刻不同彎管角度的注油管中速度矢量線圖，如圖3所示。不同彎管角度對應的注油時間不同。當彎管角度分別為30°、50°、70°時，對應注滿一個阻尼器的時間分別為60 s、90 s、135 s。

圖2 同一時刻不同彎管角度的注油管中氣體體積分數(shù)

從圖3可以看出，當注油管彎管角度為30°時，阻尼油流速最快，彎管位置以下的阻尼油流線含量明顯大于彎管為50°和70°的情況，且注滿一個阻尼器的用時最短，所以選擇注油管彎管角度為30°。

2.2 不同注油管管嘴形狀的計算結果

綜合分析注油管的幾何形狀對流動速度的影響，分別選擇注油嘴形狀為圓形、扇形和錐形3種不同形狀進行對比分析。油嘴形狀如圖4所示，其中扇形管口直徑為16 ㎜，錐形管口直徑為6 ㎜。截取不同注油管管口形狀下管道中的流體速度矢量線圖，如圖5所示。

圖4 扇形和錐形注油管管口形狀

從圖5可以看出，當油管管口的形狀為扇形時，管口端部流體呈噴霧狀。由于流速快，會將外部空氣卷入油管造成雜質(zhì)侵入。當油嘴形狀為錐形時，油嘴端部流體集束不易造成雜質(zhì)侵入。為了使加注的阻尼油潔凈度更高，技術方案選擇注油嘴形狀為錐形。

圖5 同一時刻不同彎管角度的注油管出口流體速度矢量線

3 結語

研究分析不同注油管彎曲程度和不同注油管管嘴形狀，并對比分析仿真結果，給出不同形狀的油管對流體流動趨勢的影響。結果表明，在相同的注油環(huán)境下，注油管的彎曲角度為30°，選擇錐形作為注油管的管口形狀，可有效防止阻尼油的飛濺。