1. 研究目的与意义（文献综述）

齿轮泵是三大液压泵（齿轮泵、柱塞泵、叶片泵）的一种，历史最悠久。齿轮泵的主要特点是结构简单，制造方便，维修容易，工艺性好，价格低廉，体积小，重量轻。其主要缺点是流量和压力脉动大，噪声较大，存在径向不平衡力，效率低，被广泛地应用于机械制造、汽车、航空航天等行业^[1][7]。齿轮泵在结构上可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵 2 大类。外啮合齿轮泵的优点是结构简单、尺寸小、 重量轻、制造维护方便、价格低廉、工作可靠、自吸能力强、对油液污染不敏感等。缺点是齿轮承受不平衡的径向液压力, 轴承磨损严重,工作压力的提高受到限制；流量脉动大,导致系统压力脉动大,噪声高。内啮合齿轮泵结构紧凑、尺寸小 、 重量轻，并且由于齿轮同向旋转, 相对滑动速度小、磨损轻微、使用寿命长、流量脉动远比外啮合齿轮泵小,因而压力脉动和噪声都比较小。内啮合齿轮泵允许使用较高的转速,可获得较高的容积效率^[2]。但是内啮合齿轮泵同样存在着径向液压力不平衡的问题,限制了其工作压力的进一步提高。另外,齿轮泵的排量不可调节,在一定程度上限制了其使用范围。外啮合齿轮泵主要由一对几何参数完全相同的主、从动齿轮、传动轴、泵体、前后泵盖等主要零件组成。齿轮的端面与泵盖内表面的间隙以及齿顶和泵体内表面的间隙很小，因此齿轮泵的壳体被分为左、右两个容腔。当齿轮副旋转时，两侧的容积不断变化形成压力差，油液便不断被挤出。

由于齿轮泵应用广泛的特性，国内外许多学者致力于齿轮泵的研究。目前，研究主要集中在以下方面：（1）齿轮参数及泵体结构的优化设计^[8]-[10]；（2）齿轮泵间隙优化及补偿技术^[11]-[13]；（3）困油冲击及卸荷措施^[14][15]；（4）齿轮泵流量品质^[16]-[18]研究；（5）齿轮泵的噪声控制技术^[19]；（6）轮齿表面涂覆技术^[20]；（7）齿轮泵的变量方法研究^[21]；（8）齿轮泵的寿命及其影响因素研究^[22][23]；（9）齿轮泵液压力分析及其高压化的途径^[24][25]；（10）水介质齿轮泵基础理论研究^[26][27]。

cfd即为计算流体动力学,是近代流体力学,数值数学,计算机科学结合的产物。cfd以计算机为工具,解决了大量的实际问题。cfd软件一般由前处理（建立几何模型，划分网格），求解器（确定cfd方法的控制方程，选择离散方法进行离散，选用数值计算方法，输入相关参数），后处理（相关参数的可视化及动画处理）组成。常见的cfd软件有fluent，cfx,pumplinx等。fluent可用于模拟具有复杂外形的流体流动，可实现对多种复杂物理条件下流场真实和全域的模拟，其成本低，周期短，计算精度高，与实际吻合度高^[3]。pumplinx 软件是美国simerics 公司开发的一款专门 针对各类泵的水力学模拟计算软件。该软件能够快速生成 笛卡尔网格进行计算，并提供各种泵的计算模块，帮助用户快速建模，被广泛应用于泵的设计与优化。夏栓^[4]等采用 pumplinx 软件对 ap1000 反应堆冷却剂系统中两台主泵 与蒸汽发生器腔室封头耦合部分的流场情况进行模拟，获得的主泵性能数据与试验结果相比，误差在 5% 以内，可用 于指导ap1000 冷却剂系统的设计工作。l. li^[5]等采用 pumplinx 软件对双吸程离心泵进行仿真分析，泵的扬程计 算结果与试验数据的误差小于 1.8%，并通过计算获得了泵 的必需气蚀余量（npshr），对保障泵的安全运行具有重要意义。h. din等在 pumplinx 软件空化模型的基础上，提出了一种加速预测 npshr 的计算方法，大大减少了 npshr 预测^[6]所需的工况数和计算量。电子计算机是 cfd 使用时依赖的工具，并且在实际操作过程中和数学计算和电子计算机联合使用，以便解决在 流体力学计算中出现的各种障碍。主要流程为首先利用相关的科学仪器进行数学模拟实验，根据模拟实验的结果构建虚拟模型，同时根据构建的虚拟模型开展具体的研究，从而实现利用数学计算和电子计算机联合 解决流体力学问题的目的。fluent 是 cfd 技术常用的软件。在现实工作中，流体当中任何运动都是遵循一定的自然规律的，并不是随机运动，因此，在利用 cfd 技术对流体力学进行研究时，也应该遵循一定的自然规 律。常用的自然规律包括如下几种：能量守恒定律、质量守恒定律、动量守恒定律等。此外，外界因素的影响非常容易干扰流体的运动，并且流体 运动会因此发生一系列的变化，cfd 技术的出现，则克服了外界因素对流体运动的干扰。cfd 技术的基础就是数学计算和流体力学，首先通过 先进的科学计算机程序对数据进行研究分析，然后根据研究结果建立离散型数字模型，最后通过对离散型数字模型的分析来达到计算的目的^[28]。建立模型结束后，要根据建立好的模型进行数学计算。这时应用的程序为 fluent 软件中三维单精度求解器。三维单精度求解器中有许多计算模型，可以根据需要选择适合的模型，然后依据参考标准开始进行函数分析。进行喷水实验时，要选择混合面，以便分析静子和转子在 工作时的运动情况。此外，由于外界环境因素极易影响流体运动，因此在 模拟试验中，还要设置外界环境条件，如果不设置此项，则会影响最终的测试结果。进口压力是除了环境因素以外还要考虑的一个重要问题。当上述所有条件都满足后，就可以利用 fluent 软件中的 3d 技术开始数 学计算，最终绘画出较为真实的喷水泵运行模拟图。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容

本论文主要研究内容包括：利用流体动力学cfd方法，为外啮合齿轮泵模型划分网格，在fluent软件中设定相应流体参数，选择相应的湍流模型，利用fluent的分析能力绘制压力场，速度场等参数的图表，根据所得数据研究外啮合齿轮泵的内部流动的状态，分析研究进口压力，出口压力等参数对外啮合齿轮泵性能的影响。

2.2研究目标

3. 研究计划与安排

（1）查阅相关文献资料，明确研究内容，了解所需技术方案及措施。确定方案，完成英文翻译，文献阅读报告及开题报告； （第1周—第3周）

（2）查找并阅读文献，总结归纳国内外齿轮泵cfd仿真分析的发展现状及应用，详细了解cfd软件的使用； （第4周—第5周）

（3）学习pumplinx的使用，了解软件内的外啮合齿轮泵模型；（第6周—第7周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1]聂瑞,潘福星,郭伟.基于fluent的外啮合齿轮泵内部流场仿真计算[j].机械工程师,2017(12):22-24.

[2]栾振辉.齿轮泵研究的现状与发展[j].起重运输机械,2005(06):11-13.

[3]胡梦妍,黄亚楠,李丹,程远鹏.基于fluent的挥发性可燃气体爆炸数值模拟[j].辽宁化工,2019,48(01):92-97.