AMESim之HCD库介绍 带粘性摩擦与间隙泄漏的活塞腔

该模型的子模型有6种，可划分为三类。

首先是标准子模型BAF01、BAF02；

其次是考虑了径向形变的BAF003、BAF004；

最后是考虑接触长度变化的BAF31、BAF32.

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该子模型计算圆柱形阀芯或活塞与圆柱形套筒之间的层流液压泄漏，以及相应的粘性摩擦力。由 Couette 和 Poiseuille 流引起的流动和摩擦都被考虑在内。该子模型仅处理层流（Re < 10,000），并且相对于活塞直径，间隙应该非常小。泄漏间隙的长度可以是恒定的，也可以随位移而变化。

建模时还可以考虑活塞和套筒之间的直径偏心。假定该偏心率是恒定的。

如果考虑在高压下工作（如柴油喷射系统中的 600 bar 以上），为了获得更好的精度，可使用更高级的子模型 BAF003，该子模型计算由于高压导致的径向间隙变形。

请注意，泄漏是间隙和偏心率的立方，因此对这两个参数非常敏感。使用此子模型时，请始终检查雷诺数是否在有效范围内。

BAF01 与 BAF02 的区别仅在于与端口 3 和 4 相关的变量是互换的。

参数及计算公式：

间隙直径dc与偏心距ecc的定义如下图所示。

活塞的直径应小于活塞腔直径 dp。

如果 dc 的值未知，则使用直径的 1/1000。

偏心距是活塞轴线与外壳轴线之间的距离。它的值通常为 0，并且必须小于半径 rc 上的游隙（径向游隙），定义为：

泄漏流量公式：

其中：

Δp是1、2口的压差；

lc是接触长度；

v+与v-分别是阀套速度与阀芯速度。

阀芯与阀套所受摩擦力为：

BAF003、BAF004

与标准子模型BAF01、BAF02相比，该子模型可以定义一个由多达 N 个内部压力状态变量和 N - 1 个内部流量变量组成的交错网格，其实就是将间隙离散化。

该子模型还考虑了沿接触长度的间隙随高压的变形。当压力增加时，间隙增加。由于 泄漏是间隙的立方，因此对这种现象非常敏感。

BAF003与BAF004的区别仅在于与端口3和4相关的变量是互换的。

间隙离散化实现方法：

通过枚举 nnodes，用户可以选择用于离散间隙的节点数。

节点数 N 对应于端口 1 和端口 2 之间的压力节点数。在实践中，N = nnodes - 1：

如果此节点数设置为 0，则BAF003 类似于 BAF01。

如果此节点数不为 0，则BAF003 的行为类似于一系列简单的泄漏（如 BAF01）和可能具有可变长度和间隙的腔室（BHC11 或 HC00）：

泄漏在 N 个压力节点和 N - 1 个内部流量节点中离散化，以便它们根据以下交替方案定义交错网格：

在间隙两侧会添加两个额外的流量节点q1、q2以计算端口 1 和 2 的流量。

可变间隙实现方法：

在高压应用中，活塞与腔体之间出现间隙变形：

这里有三种方法来定义径向间隙：

• 通过常数定义：即间隙为常数，不受压力等级影响。
  

• 通过材料强度的解析式：须指定大气压力下直径的初始间隙以及活塞和套筒材料的机械性能。

  压力为pmid时的径向间隙：
  

  

• 通过2D数据表：

  该表提供了作为 x / lc 函数的径向间隙值、长度比以及端口相对于大气的最高压力。例如
  

  

  
  

参数及计算公式：

每个离散节点的体积流量：

相邻节点压差：

所受摩擦力为：

BAF31、BAF32