·952· 工程科学学报，第37卷，第7期 由流过阻尼孔的油液体积与活塞移动时环形腔内 油液的热导率为0.116~0.151W·m1.K1,如果 体积变化相等可得2国 区域3~5内油液之间换热途径为热传递，它们之间的 A,dx 温度梯度应与区域7~9内油液温度梯度类似，存在比 较大的差值，然而试验结果并非如此.究其原因，是油 [CaA +CaA (0.5+0.5sign () -IP:-P2l 气悬架内的油液同时存在传质与传热效应. (2) 拉伸过程中，环形腔内的油液流向工作腔，在耗散 式中：A2为环形腔面积，m2:C和C分别为阻尼孔和单 机械能生成热量的同时，环形腔流入工作腔的油液由 向阀过流系数：A和A,分别分阻尼孔和单向阀过流面 于传质也带入热量.油液具有一定动能，故在将热量 积，m;P:为工作腔压力，PaP2为环形腔压力，Pa;x为 带入阻尼孔附近区域的同时会引起附近区域油液产生 缸筒活塞相对位移，mp为油液密度，kg·m3.油液流 流动，从而导致阻尼孔附近区域的油液温度趋于一致. 经小孔产生的压力损失转化为热量，导致油气悬架的 在油液内部黏滞力的作用下，油液流动的速度会逐渐 温度升高. 降低，同时由于工作腔内部空间限制，从环形腔流入工 区域3、4和10内油液的由外界输入能量为 作腔内的油液所引起的扰动未传递到工作腔底部的区 p(A2)3 域内，如区域7~9.故而试验中测得的工作腔底部油 0-21C4+Ca40.5+0.5sig()]2 (3) 液温度与阻尼孔附近油液存在梯度.反之可得压缩过 式(1)~(3)即可描述油液热量的产生.油液传 程的状态.由结果及分析可知，将油气悬架内油液划 质的热量运输和热传递使得油气悬架内部油液的温度 分区域后进行研究是合理的. 呈现不同分布的现象 3.2油液流动状态 由于工作腔内部空间限制，油液流动的状态无法 3试验及多区域热力学模型仿真结果 测得.为计算油气悬架内各个区域之间传质的量，建 3.1油气悬架试验结果及分析 立工作腔三维模型，通过仿真计算获取油液流动状 试验时外界环境温度为25℃，持续正弦激励，激 态4.边界条件中，两个阻尼孔为速度入口，与气体 励幅值为5mm,频率为2Hz,数据采样频率为100Hz. 接触的界面为压力出口，其他为壁面. 试验过程中当油液温度达到45℃时停止试验，试验测 试验测得缸筒和活塞相对位移频率为2Hz,幅值 得油液温度结果如图4所示. 为4.5mm,可得缸筒与活塞（杆）之间相对速度最大值 55r 为0.057m·s.由油液的质量守恒，可得流经阻尼孔 口1号传感器 一2号传感器 油液的最大流速为40.8m·s.油液密度为950 50 0 3号传感器 kgm3,运动黏度为50×10-6m2·s1,考虑到相对速 4号传感器 45 合一5号传感器 度近似为正弦形式，取幅值的有效值28.9m·s作为 =0一6号传感器 -7号传感器 入口速度，持续时间为0.25s进行仿真计算. 40 在区域2至区域9界面及通过阻尼孔的轴向截面 35 30F 。。。。字之字言守才8 做切面，工作腔内油液的流动状态如图5所示 25d8$a60Rg绿9e日o。eooe8ee06060006 图5(a)中为流动速度不大于1m·s的区域，可 知流动较为剧烈的区域为阻尼孔附近的区域3和4， 而且由两个阻尼孔流出的油液产生碰撞，流速转变为 20%10020003000400050006000700080009000 垂直方向.其他区域流速远小于1m·s,故图中没有 时间s 显示流线. 图4试验测得油液温度 图5(b)中为流动速度不大于0.001m·s的区 Fig.4 Experimental results of oil temperature 域，区域5与区域6交界面的流速接近0.001m·s, 图4试验结果表明，在一定的激励下，工作腔内的 而区域内部流速接近零，可认为相对于壁面，区域7~ 油液从上到下存在温度梯度，而且梯度不均匀.1~3 9内油液处于静止状态 号传感器所测得的区域3~5内油液温度在整个试验 油液流动的仿真结果也验证了试验结果的正确 过程中都保持一致.4号传感器所测得的区域6内油 性.油液通过阻尼孔流入工作腔，在阻尼孔附近区域 液温度变化趋势与区域3~5内油液温度变化趋势接 发生碰撞，是动能转换为热能的主要区域。由于流速 近，但存在2~3℃的差值.5~7号传感器所测得的区 较高，故区域3~6内油液温度趋于一致，而且比其他 域7~9内油液温度与其他区域油液温度存在10~ 区域油液温度高.远离阻尼孔的区域7~9由于流速 15℃的差值. 很低，其温度升高所需热量主要由阻尼孔附近区域传工程科学学报，第 37 卷，第 7 期 由流过阻尼孔的油液体积与活塞移动时环形腔内 体积变化相等可得［12--13］ A2 dx = ［CdAd + CchAch ( 0. 5 + 0. 5sign( x · ) ) ］ 2 ρ | p1 － p 槡 2 | ． ( 2) 式中: A2为环形腔面积，m2 ; Cd和 Cch分别为阻尼孔和单 向阀过流系数; Ad和 Ach分别分阻尼孔和单向阀过流面 积，m2 ; p1为工作腔压力，Pa; p2为环形腔压力，Pa; x 为 缸筒活塞相对位移，m; ρ 为油液密度，kg·m － 3 ． 油液流 经小孔产生的压力损失转化为热量，导致油气悬架的 温度升高． 区域 3、4 和 10 内油液的由外界输入能量为 w = ρ( A2 x ·) 3 2{ CdAd + CchAch［0. 5 + 0. 5sign( x ·) ］} 2 ． ( 3) 式( 1) ～ ( 3) 即可描述油液热量的产生． 油液传 质的热量运输和热传递使得油气悬架内部油液的温度 呈现不同分布的现象． 3 试验及多区域热力学模型仿真结果 3. 1 油气悬架试验结果及分析 试验时外界环境温度为 25 ℃，持续正弦激励，激 励幅值为 5 mm，频率为 2 Hz，数据采样频率为 100 Hz． 试验过程中当油液温度达到 45 ℃时停止试验，试验测 得油液温度结果如图 4 所示． 图 4 试验测得油液温度 Fig． 4 Experimental results of oil temperature 图 4 试验结果表明，在一定的激励下，工作腔内的 油液从上到下存在温度梯度，而且梯度不均匀． 1 ～ 3 号传感器所测得的区域 3 ～ 5 内油液温度在整个试验 过程中都保持一致． 4 号传感器所测得的区域 6 内油 液温度变化趋势与区域 3 ～ 5 内油液温度变化趋势接 近，但存在 2 ～ 3 ℃的差值． 5 ～ 7 号传感器所测得的区 域 7 ～ 9 内油液温度与其他区域油液温度存在10 ～ 15 ℃的差值． 油液的热导率为 0. 116 ～ 0. 151 W·m － 1·K － 1，如果 区域 3 ～ 5 内油液之间换热途径为热传递，它们之间的 温度梯度应与区域 7 ～ 9 内油液温度梯度类似，存在比 较大的差值，然而试验结果并非如此． 究其原因，是油 气悬架内的油液同时存在传质与传热效应． 拉伸过程中，环形腔内的油液流向工作腔，在耗散 机械能生成热量的同时，环形腔流入工作腔的油液由 于传质也带入热量． 油液具有一定动能，故在将热量 带入阻尼孔附近区域的同时会引起附近区域油液产生 流动，从而导致阻尼孔附近区域的油液温度趋于一致． 在油液内部黏滞力的作用下，油液流动的速度会逐渐 降低，同时由于工作腔内部空间限制，从环形腔流入工 作腔内的油液所引起的扰动未传递到工作腔底部的区 域内，如区域 7 ～ 9． 故而试验中测得的工作腔底部油 液温度与阻尼孔附近油液存在梯度． 反之可得压缩过 程的状态． 由结果及分析可知，将油气悬架内油液划 分区域后进行研究是合理的． 3. 2 油液流动状态 由于工作腔内部空间限制，油液流动的状态无法 测得． 为计算油气悬架内各个区域之间传质的量，建 立工作腔三维模型，通过仿真计算获取油液流动状 态［14--15］． 边界条件中，两个阻尼孔为速度入口，与气体 接触的界面为压力出口，其他为壁面． 试验测得缸筒和活塞相对位移频率为 2 Hz，幅值 为 4. 5 mm，可得缸筒与活塞( 杆) 之间相对速度最大值 为 0. 057 m·s － 1 ． 由油液的质量守恒，可得流经阻尼孔 油液 的 最 大 流 速 为 40. 8 m·s － 1 ． 油 液 密 度 为 950 kg·m － 3，运动黏度为 50 × 10 － 6 m2 ·s － 1，考虑到相对速 度近似为正弦形式，取幅值的有效值 28. 9 m·s － 1作为 入口速度，持续时间为 0. 25 s 进行仿真计算． 在区域 2 至区域 9 界面及通过阻尼孔的轴向截面 做切面，工作腔内油液的流动状态如图 5 所示． 图 5( a) 中为流动速度不大于 1 m·s － 1 的区域，可 知流动较为剧烈的区域为阻尼孔附近的区域 3 和 4， 而且由两个阻尼孔流出的油液产生碰撞，流速转变为 垂直方向． 其他区域流速远小于 1 m·s － 1，故图中没有 显示流线． 图 5( b) 中为流动速度不大于 0. 001 m·s － 1 的区 域，区域 5 与区域 6 交界面的流速接近 0. 001 m·s － 1， 而区域内部流速接近零，可认为相对于壁面，区域 7 ～ 9 内油液处于静止状态． 油液流动的仿真结果也验证了试验结果的正确 性． 油液通过阻尼孔流入工作腔，在阻尼孔附近区域 发生碰撞，是动能转换为热能的主要区域． 由于流速 较高，故区域 3 ～ 6 内油液温度趋于一致，而且比其他 区域油液温度高． 远离阻尼孔的区域 7 ～ 9 由于流速 很低，其温度升高所需热量主要由阻尼孔附近区域传 · 259 ·