AMESim之HCD庫介紹 帶粘性摩擦與間隙泄漏的活塞腔
該模型的子模型有6種,可劃分為三類。
首先是標準子模型BAF01、BAF02;
其次是考慮了徑向形變的BAF003、BAF004;
最后是考慮接觸長度變化的BAF31、BAF32.
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BAF01、BAF02
該子模型計算圓柱形閥芯或活塞與圓柱形套筒之間的層流液壓泄漏,以及相應的粘性摩擦力。由 Couette 和 Poiseuille 流引起的流動和摩擦都被考慮在內。該子模型僅處理層流(Re < 10,000),并且相對于活塞直徑,間隙應該非常小。泄漏間隙的長度可以是恒定的,也可以隨位移而變化。
建模時還可以考慮活塞和套筒之間的直徑偏心。假定該偏心率是恒定的。
如果考慮在高壓下工作(如柴油噴射系統中的 600 bar 以上),為了獲得更好的精度,可使用更高級的子模型 BAF003,該子模型計算由于高壓導致的徑向間隙變形。
請注意,泄漏是間隙和偏心率的立方,因此對這兩個參數非常敏感。使用此子模型時,請始終檢查雷諾數是否在有效范圍內。
BAF01 與 BAF02 的區別僅在于與端口 3 和 4 相關的變量是互換的。
參數及計算公式:
間隙直徑dc與偏心距ecc的定義如下圖所示。
活塞的直徑應小于活塞腔直徑 dp。
如果 dc 的值未知,則使用直徑的 1/1000。
偏心距是活塞軸線與外殼軸線之間的距離。它的值通常為 0,并且必須小于半徑 rc 上的游隙(徑向游隙),定義為:
泄漏流量公式:
其中:
Δp是1、2口的壓差;
lc是接觸長度;
v+與v-分別是閥套速度與閥芯速度。
閥芯與閥套所受摩擦力為:
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BAF003、BAF004
與標準子模型BAF01、BAF02相比,該子模型可以定義一個由多達 N 個內部壓力狀態變量和 N - 1 個內部流量變量組成的交錯網格,其實就是將間隙離散化。
該子模型還考慮了沿接觸長度的間隙隨高壓的變形。當壓力增加時,間隙增加。由于 泄漏是間隙的立方,因此對這種現象非常敏感。
BAF003與BAF004的區別僅在于與端口3和4相關的變量是互換的。
間隙離散化實現方法:
通過枚舉 nnodes,用戶可以選擇用于離散間隙的節點數。
節點數 N 對應于端口 1 和端口 2 之間的壓力節點數。在實踐中,N = nnodes - 1:
如果此節點數設置為 0,則BAF003 類似于 BAF01。
如果此節點數不為 0,則BAF003 的行為類似于一系列簡單的泄漏(如 BAF01)和可能具有可變長度和間隙的腔室(BHC11 或 HC00):
泄漏在 N 個壓力節點和 N - 1 個內部流量節點中離散化,以便它們根據以下交替方案定義交錯網格:
在間隙兩側會添加兩個額外的流量節點q1、q2以計算端口 1 和 2 的流量。
可變間隙實現方法:
在高壓應用中,活塞與腔體之間出現間隙變形:
這里有三種方法來定義徑向間隙:
通過常數定義:即間隙為常數,不受壓力等級影響。
通過材料強度的解析式:須指定大氣壓力下直徑的初始間隙以及活塞和套筒材料的機械性能。
壓力為pmid時的徑向間隙:
通過2D數據表:
該表提供了作為 x / lc 函數的徑向間隙值、長度比以及端口相對于大氣的最高壓力。例如
參數及計算公式:
每個離散節點的體積流量:
相鄰節點壓差:
所受摩擦力為:
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BAF31、BAF32
當活塞與閥套的接觸長度發生變化時,可能會出現兩種流場。
如果活塞和套筒之間的接觸長度不是很小,則流量是經典的環形層流泄漏。在這種情況下,該子模型僅處理層流(Re < 10000),因此相對于活塞直徑,間隙應該非常小。
如果接觸長度變得非常小(即活塞末端接近套筒邊緣),則流量變為孔口。然后流動會在孔口區域變為湍流。
接觸長度的定義:
用于計算接觸長度 lc 的公式取決于枚舉 id 并且基于增加的正位移 x3。
如果 id 表示接觸長度隨著正位移的增加而增加:
如果接觸長度隨著正位移的增加而減小:
參數及計算公式:
既然根據接觸長度的不同會產生兩種流場,那么其各自對應的參數計算公式也會有所不同。
對于環形層流區:
流量計算公式為:
孔口流動區:
計算公式為:
文章來源:基算仿真




















