Ин таҳқиқот меомӯзад, ки кавитатсияи гузарандае, ки ҳангоми тормозгирии изтирорӣ дар насосҳои поршении меҳварии истифодашаванда дар системаҳои гардонандаи гидравликии ҳалқаи пӯшидаи техникаи вазнин ба вуҷуд меояд, дар куҷо ва тавассути кадом механизми ҷараён пайдо мешавад ва бо тағйир додани геометрияи сӯрохи силиндр то чӣ андоза кам карда шуданаш мумкин аст. Барои насоси иқтидори 180 mL/r модели гузарандаи динамикаи ҳисобии моеъҳо (computational fluid dynamics, CFD) бо тамоми роҳи ҷараён сохта шуда, модел бо санҷишҳои бори баланд ва андозагирии суръат тавассути тасвири зарраҳо (Particle Image Velocimetry, PIV) дар модели шаффофе, ки бо шабоҳати Reynolds сохта шудааст, санҷида шудааст. Натиҷаи асосии таҳқиқот ин аст, ки кавитатсияи критикӣ бештар на ба паст будани фишори умумии система, балки ба ҷараёни маҳаллии тангшавӣ ва гирдбодҳои ба девор вобаста, ки дар минтақаи танги байни сӯрохи силиндр ва плитаи тақсимкунанда ба вуҷуд меоянд, алоқаманд аст. Геометрияи оптимизатсияшудаи сӯрохи силиндр ҳиссаи қуллавии ҳаҷмии газро дар майдони умумии ҷараён аз %12,17 то %7,95 паст карда, онро %34,7 кам намудааст ва самаранокии ҳаҷмиро тақрибан дар сатҳи %97,8 нигоҳ доштааст; аммо пульсатсияи фишор дар плитаи тақсимкунанда %12,97 зиёд шудааст.

Дар модели тормозгирии изтирорӣ насос бо суръати 2000 r/min нигоҳ дошта шуд; фишори пуркунӣ, ки дар оғоз 3 MPa буд, дар муддати хеле кӯтоҳ то 45 MPa баланд карда шуд, ҳадди дигари фишор, ки 45 MPa буд, то 0 MPa паст карда шуда, сипас ба 3 MPa баргардонда шуд. Кунҷи плитаи моил низ аз 20° то 18,6° тағйир дода шуд. Ҳангоми ин баръаксшавии шадиди фишор ҳиссаи умумии ҳаҷмии газ тақрибан дар 0,12 s ба сатҳи %12 расид. Дар минтақаи плитаи тақсимкунанда кавитатсияи бисёрқулла тақрибан дар фосилаи 0,10–0,15 s идома карда, қимати қуллавӣ тақрибан %3,5 буд.

Паёми муҳими муҳандисии кор ин аст, ки барои коҳиш додани кавитатсия ҳатман аз нав тарҳрезӣ кардани тамоми плитаи тақсимкунанда ё блоки силиндр зарур набошад ҳам мумкин аст. Дар оптимуме, ки муҳаққиқон ёфтанд, радиуси вуруди сӯрохи силиндр R = 6,49 mm, кунҷи радиалӣ α = 18,98° ва кунҷи нишебии меҳварӣ θ = 63,74° муайян шуданд. Аммо ин геометрия бо санҷиши пурраи тормозгирии изтирории мошин дар мошини воқеии ҷамъоварии пахта тасдиқ нашудааст ва беҳбудии кавитатсия бо афзоиши пульсатсияи фишор ҳамроҳ аст.

Аз нигоҳи Туркия: Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки ҳангоми тарҳрезии мошинҳои кишоварзӣ, техникаи вазнин ва дигар системаҳои гидравликии мобилии пуриқтидор, ки гардонандаи гидростатикии ҳалқаи пӯшида доранд, тағйироти изтирории бор набояд танҳо аз рӯи самаранокии номиналии насос арзёбӣ шаванд. Бо вуҷуди ин, интиқоли мустақими геометрияи оптималии таҳқиқот ба оилаҳои гуногуни насосҳое, ки дар Туркия истифода мешаванд, дуруст нест. Барои ҷойивазкунии насос, хусусиятҳои равған, ҳарорати корӣ, фишори пуркунӣ, геометрияи порт, ҳаракати плитаи моил ва каҷҳои воқеии фишор–вақти тормозгирӣ, CFD ва санҷиши таҷрибавӣ бояд барои ҳар як системаи маҳаллӣ аз нав анҷом дода шавад.

Чаро тормозгирии изтирорӣ дар насоси поршении меҳварӣ кавитатсия ба вуҷуд меорад?

Дар системаи омӯхташуда насоси поршении меҳварии ҳалқаи пӯшида ҳангоми ҳаракати муқаррарӣ равғани фишордорро ба муҳаррики гидравликӣ мефиристад. Дар тормозгирии изтирорӣ бошад, аз сабаби инерсияи воситаи ҳаракаткунанда муҳаррики гидравликӣ мисли насос ба кор медарояд ва насоси асосӣ ба таври ғайрифаъол маҷбур мешавад дар режими муҳаррик кор кунад. Ҳамин тавр, нақшҳои тарафҳои фишори баланд ва паст дар ҳалқаи пӯшида дар муддати хеле кӯтоҳ иваз мешаванд.

Дар модел, ҳангоми ин гузариш тарафи фишори паст ҳатто аз фишори ҷудошавии ҳавои 0,03 MPa, ки барои равғани гидравликӣ муайян шудааст, поён меравад. Дар ҳароратҳои кории истифодашуда аз ҷониби муҳаққиқон қабул шудааст, ки тағйироти асосии фаза бештар аз ҷудошавии газҳои ҳалшудаи ғайриконденсатсионӣ аз равған, на аз бухоршавии худи равған ба вуҷуд меояд. Аз ҳамин сабаб равиши Full Cavitation Model-и Singhal интихоб шудааст.

Аммо натиҷаи асосии таҳқиқот танҳо бо ибораи «фишор паст шуд ва кавитатсия оғоз ёфт» маҳдуд намешавад. Контурҳои CFD нишон доданд, ки ҳубобҳои кавитатсия дар тамоми ҳаҷми фишори паст яксон паҳн намешаванд ва махсусан дар минтақаи ҳалқашакли танги байни сӯрохи силиндр ва сатҳи тамоси плитаи тақсимкунанда ҷамъ мешаванд. Дар ҳамин минтақа суръати маҳаллӣ тақрибан ба 14,23 m/s мерасад.

Занҷири пайдоиши кавитатсия чӣ гуна шарҳ дода мешавад?

Байни сӯрохи силиндр ва порти шакли гурда дар плитаи тақсимкунанда тағйироти табиии буриш ва самти ҷараён вуҷуд дорад. Фарқи калони гузарандаи фишор, ки ҳангоми тормозгирии изтирорӣ ба вуҷуд меояд, ҷараёнро аз ин кушодагии танг тезонида, ҷети тангшавӣ ҳосил мекунад. Ҷет баъд аз бархӯрдан ба деворҳои сӯрохи силиндр ва плитаи тақсимкунанда ба гирдбодҳои ба девор вобаста табдил меёбад. Дар ядрои гирдбодҳо фишори статикӣ боз ҳам паст шуда, ҷудошавии гази ҳалшударо осон мекунад.

Муҳаққиқон ин занҷирро ҳамчун механизми бозхӯрди мусбат арзёбӣ мекунанд. Бо вуҷуди ин, онҳо танҳо ба контурҳои CFD такя карда, хулоса дар бораи механизм бароварданро кофӣ надониста, сохтори гирдбодро бо таҷрибаи мустақили PIV низ омӯхтаанд.

Модели CFD кадом хусусиятҳои физикиро дар бар мегирад?

Майдони ҷараёни насос ба чор зерминтақаи асосӣ — канали воридшавӣ, канали баромад, канали плитаи тақсимкунанда ва камераи поршен — тақсим карда шудааст. Дар минтақаҳои собит шабакаи сохторёфтаи декартӣ ва дар камераҳои поршен, ки ҳамроҳи блоки силиндр чархида ҳаракати меҳварӣ мекунанд, шабакаи ҳаракаткунанда истифода шудааст. Интиқоли тағйирёбандаҳо байни минтақаҳои статикӣ ва ҳаракаткунанда тавассути интерфейси шабакаи пурра ҳампӯшнашаванда анҷом дода шудааст.

Гӯшаҳои каналҳои шакли гурда дар плитаи тақсимкунанда, ҷӯякҳои демпфиронӣ ва гузариши сӯрохи силиндр–плитаи тақсимкунанда ба таври маҳаллӣ бо шабакаи нозуктар ҳал карда шудаанд. Модели интихобшуда тақрибан 166 ҳазор ҳуҷайра ва андозаи максималии шабакаи 0,02 mm дорад.

Ҳалли гузаранда 0,3 s давом мекунад, 2700 қадами вақт ва 30 итератсия барои ҳар як қадами вақтро дар бар мегирад. Ҳисоб тақрибан 10 гардиши пурраро фаро мегирад. Барои турбулентӣ модели RNG k-ε ва барои тағйироти фазаи газ–моеъ Singhal Full Cavitation Model истифода шудааст.

Фарқи байни тормозгирии изтирорӣ ва кори устувор то чӣ андоза калон буд?

Дар ҳолати устувор насос дар ҷойивазкунии максималӣ ва бори баланд, бо кунҷи плитаи моили 20°, фишори пуркунии 3 MPa, фишори баромади 45 MPa ва суръати 2000 r/min моделсозӣ шудааст. Дар ин шароит ҳиссаи умумии ҳаҷмии газ асосан аз %0,5 камтар буд.

Ҳангоми тормозгирии изтирорӣ, бо баръаксшавии босуръати фишорҳо ҳиссаи ҳаҷмии газ тақрибан дар 0,12 s ба сатҳи %12 расид. Дар канали баромад ҳамзамон бо фурӯпошии фишор қуллаи тез, вале кӯтоҳ дида шуд, дар ҳоле ки кавитатсия дар минтақаи плитаи тақсимкунанда дар фосилаи 0,10–0,15 s сохтори бисёрқулла нишон дода, то тақрибан 0,20 s тадриҷан хомӯш шуд. Ин фарқият нишон медиҳад, ки масъалаи муҳими муҳандисӣ танҳо фишори пасти умумӣ нест, балки сохтори маҳаллии ҷараён аст.

Тасдиқи таҷрибавӣ то чӣ андоза қавӣ аст?

Таҳқиқот аз ду навъи тасдиқ истифода кардааст. Якум, озмоиши иҷроиши бори баланд дар насоси воқеии ҳалқаи пӯшидаи 180 mL/r аст. Дар фишори баромади 40 MPa чор фишори пуркунӣ дар фосилаи 2,6–2,9 MPa ва шаш суръати гардиш дар фосилаи 800–2000 r/min санҷида шудаанд. Ҳар нуқтаи корӣ се маротиба такрор ва қимати миёна гирифта шудааст. Ҳама фарқҳои самаранокии ҳаҷмии CFD ва ченшуда аз %3,5 камтар буданд.

Тасдиқи дуюм бевосита ба сохтори ҷараён равона шудааст. Азбаски ба дохили насоси металлӣ дастрасии оптикӣ имконнопазир буд, бо истифода аз шабоҳати Reynolds модели шаффоф бо миқёси геометрии тақрибан ду баробар сохта шуд. Модел аз қатрони фотосенситиви шаффоф бо чопи сеандозаи навъи SLA истеҳсол карда шуд. Барои осон кардани дастрасии оптикӣ об ҳамчун муҳити таҷриба истифода гардид.

Диаметри поршени насоси аслӣ 25,49 mm ва дар модели шаффофи таҷрибавӣ 51,98 mm буд. Суръати хоси ҷараён дар прототип 3,98 m/s ва суръате, ки шабоҳати Reynolds-ро дар модели таҷрибавӣ таъмин мекунад, 0,0995 m/s муайян шуд. Дар тасвирҳои PIV ҳам барои Мавқеи 1 ва ҳам барои Мавқеи 2 мувофиқати қавии сифатӣ бо ҷойҳои гирдбод ва хатҳои ҷараёни пешбинишудаи CFD мушоҳида гардид; фарқи суръати миёна дар буришҳои хос аз %10 камтар буд.

Таҷрибаи PIV кадом механизмро тасдиқ кард?

Дар Мавқеи 1, вақте нӯги пеши поршен бо решаи ҷӯяки демпфиронӣ ҳамхат шуд, ҳам таҷриба ва ҳам симулятсия сохтори равшани дугирдбода нишон доданд. Ҷараён ҳангоми гузаштан аз ҷӯяк тез шуда, баъдан ба деворҳо бархӯрда ду гирдбоди ҷудогона ба вуҷуд овард.

Ҳангоми гузариш ба Мавқеи 2 буриши самараноки ҷараён калон шуд, кунҷи ҷет тағйир ёфт, як гирдбод дар камераи поршен хурд шуд ва дар тарафи муқобил гирдбоди нав ба вуҷуд омад. Ин тағйироти фазоӣ дар натиҷаҳои CFD ва PIV ба таври монанд дида шуд. Бо ҳамин ҳадафи оптимизатсия на «кам кардани ҳубобҳои газ» ба таври мустақим, балки заиф кардани сохтори тангшавӣ–ҷет–гирдбод, ки ҳубобҳоро пайваста ғизо медиҳад, муайян гардид.

Кадом параметрҳои геометрӣ омӯхта шуданд?

Геометрияи ибтидоӣ ҳамчун R = 6 mm, α = 17,74° ва θ = 60° муайян шудааст. Се параметри геометрӣ марҳилаҳои физикии гуногунро ифода мекунанд:

• Радиуси радиалӣ R: Мувофиқати буриши байни сӯрохи силиндр ва порти шакли гурда ва шиддати аввалини тангшавиро муайян мекунад.
• Кунҷи радиалӣ α: Мавқеи нисбии даврии поршен ва ҷӯяки плитаи тақсимкунанда ва майдони гузаришро дар як даври пурра муайян мекунад.
• Кунҷи нишебии меҳварӣ θ: Ба рушди ҷет, барқароршавии фишор ва давомнокии гирдбоди ба девор вобаста таъсир мекунад.

Барои R фосилаи 5,0–6,5 mm; барои α фосилаи 16–19°; барои θ фосилаи 55–65,5° бо CFD-и гузаранда скан карда шудаанд.

Радиуси радиалӣ ба кавитатсия чӣ гуна таъсир кард?

Бо зиёд шудани R қимати қуллавии ҳиссаи умумии ҳаҷмии газ умуман кам шуд. Барои R = 5 mm қуллаи умумӣ %15,059 буд, дар R = 6,5 mm то %8,268 поён рафт. Аммо робита пурра монотонӣ нест; дар R = 6 mm қимат боз то %10,040 баланд шуд. Муҳаққиқон инро бо тағйир ёфтани кунҷи бархӯрди ҷет ҳангоми наздик шудан ба паҳнои порти шакли гурда ва пайдоиши гирдбодҳои дуюмдараҷа шарҳ медиҳанд.

Мувофиқи ҳисобҳои параметрӣ, зиёда аз %75-и кавитатсияи гузаранда дар минтақаҳои плитаи тақсимкунанда ва канали баромад ҷамъ шудааст. Ин тақсимот аҳамияти тағйироти ногаҳонии буришро дар оғози кавитатсия дастгирӣ мекунад.

Чаро дар кунҷи радиалӣ мавқеи критикӣ вуҷуд дорад?

Ҳангоми тағйири α кавитатсия хусусияти асимметрии якқулла нишон дод ва ҳолати бадтарин тақрибан дар 17,74° ба вуҷуд омад. Ин кунҷ бо Мавқеи 1 дар таҷрибаи PIV, яъне ҳолате, ки нӯги пеши поршен бо решаи ҷӯяки демпфиронӣ ҳамхат мешавад, мувофиқ меояд.

Дар ин нуқта буриши гузариш хурдтарин, тангшавӣ қавитарин ва рушди ҳубобҳо равшантарин аст. Муҳаққиқон таъкид мекунанд, ки α бар хилофи ду параметри дигар на як тағйирёбандаи комилан озоди геометрӣ, балки ҳади кориест, ки насос ҳангоми гардиш ногузир аз он мегузарад.

Чаро минтақаи оптималӣ барои кунҷи нишебии меҳварӣ маҳдуд аст?

Ҳиссаи қуллавии ҳаҷмии газ дар минтақаи плитаи тақсимкунанда аз %6,14 дар θ = 55° то %2,53 дар 65° коҳиш ёфт. Аммо ҳангоми баланд кардани θ то 65,5° қимат дубора то %3,51 афзуд.

Афзоиши мӯътадили нишебӣ сӯрохи силиндрро ба шакли канали васеъшавандаи мувофиқтар табдил дода, барқароршавии фишорро баъд аз ҷет беҳтар мекунад ва гирдбодҳои ба девор вобастаро заиф месозад. Аммо вақте кунҷ аз тақрибан 65° зиёд мешавад, ҷудошавии қабати сарҳадӣ метавонад боз равшантар шуда, гирдбодҳои нав ба вуҷуд оянд. Аз ин рӯ, манбаъ фосилаи тақрибан 62–65°-ро минтақаи мувофиқ арзёбӣ кардааст.

Оптимизатсияи бисёрмақсадӣ чӣ гуна иҷро шуд?

Дар масъалае мисли тормозгирии изтирорӣ, ки дар вақти хеле кӯтоҳ қуллаҳои калон ба вуҷуд меоянд, танҳо беҳтар кардани миёнаи вақт кофӣ ҳисобида нашуд. Аз ин рӯ, се ҳадаф тавре сохта шуданд, ки қиматҳои шадидро дар тамоми даври гузаранда ба назар гиранд:

1. Кам кардани ҳиссаи қуллавии ҳаҷмии газ.
2. Кам кардани пульсатсияи максималии фишор.
3. Нигоҳ доштани самаранокии миёнаи ҳаҷмии гузаранда дар сатҳи баландтарин.

Азбаски иҷрои мустақими CFD-и пурра барои ҳар геометрияи номзад гарон буд, бо Optimal Latin Hypercube Sampling намунаҳо сохта, бо натиҷаҳои CFD модели ҷонишини Kriging омӯзонида ва тавассути Leave-One-Out Cross-Validation санҷида шуд. Сипас алгоритми NSGA-II дар модели Kriging маҷмӯи ҳалли Pareto-ро тавлид кард.

Барои интихоби ҳалли ниҳоӣ TOPSIS бо вазнҳои энтропӣ истифода шуд. Вазнҳо барои кавитатсия, пульсатсияи фишор ва самаранокии ҳаҷмӣ мутаносибан 0,50 : 0,25 : 0,25 дода шуданд. Бо ин роҳ механизми қарор дидаву дониста ба коҳиши кавитатсия нисбат ба ҳар яке аз ду ҳадафи дигар ду баробар бештар вазн дод.

Геометрияи оптималӣ кадом аст?

Ин ҳал танҳо тағйир додани гузариши вуруд ва профили меҳварии сӯрохи силиндрро талаб мекунад; тибқи арзёбии таҳқиқот, тағйир додани меъмории умумии плитаи тақсимкунанда ё блоки силиндрро ҳатмӣ намекунад.

Оптимизатсия чӣ натиҷа дод?

Ҳиссаи қуллавии ҳаҷмии газ дар майдони умумии ҷараён аз %12,17 то %7,95 коҳиш ёфт. Дар минтақаи плитаи тақсимкунанда қимат аз %3,51 то %2,96 паст шуд. Ҳамзамон самаранокии миёнаи ҳаҷмии гузаранда аз %97,79 то %97,83 каме афзуд.

Арзиши ин беҳбудӣ афзоиши пульсатсияи фишор аст. Пульсатсияи фишор дар плитаи тақсимкунанда аз 18,50 MPa то 20,90 MPa расида, тақрибан %12,97 зиёд шуд. Муҳаққиқон инро чунин шарҳ медиҳанд: ҳамворкунии геометрӣ тангшавӣ ва гирдбодҳои маҳаллиро кам мекунад, аммо дар миқёси умумитар барқароршавии фишор ва суръати тағйири ҷараёнро дигар мекунад.

Чаро оптимизатсия ҳалли комил нест?

Афзоиши пульсатсияи фишор танҳо як рақами дуюмдараҷа нест. Муҳаққиқон муҳокима мекунанд, ки чуқуриҳои даврии пасти фишор метавонанд ҷудошавии газро дубора оғоз кунанд, барқароршавии тезтари фишор суқути ҳубобҳоро суръат бахшад ва баъзе гирдбодҳои хурдро дубора эҷод кунад. Бо вуҷуди ин, дар диапазони санҷидашуда таъсири мустақими геометрия ба коҳиши кавитатсия аз ин таъсирҳои муқобил қавитар монд.

Сабаби асосии қабул шудани ин муомила дар ҳалли ниҳоӣ он аст, ки дар марҳилаи қарори TOPSIS ба кавитатсия вазни 0,50 ва ба ҳар яке аз ду ҳадафи дигар 0,25 дода шудааст. Яъне натиҷа «беҳбудии максималӣ дар ҳамаи нишондиҳандаҳо ҳамзамон» нест; балки муомилаи Pareto мебошад, ки коҳиши кавитатсияро огоҳона дар авлавият мегузорад.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Ҳангоми тормозгирии изтирорӣ кавитатсияи критикӣ метавонад дар гузариши сӯрохи силиндр–плитаи тақсимкунанда ҷамъ шавад.
• Дар шароити омӯхташуда ҷетҳои маҳаллии тангшавӣ ва гирдбодҳои ба девор вобаста дар идомаи кавитатсия нақши муҳим доранд.
• Таҷрибаҳои PIV сохтори дугирдбодаеро, ки CFD пешгӯӣ кардааст, аз ҷиҳати сифатӣ ва миқдорӣ дастгирӣ мекунанд.
• Бо тағйир додани радиуси вуруд ва профили меҳварии сӯрохи силиндр кавитатсия ба таври назаррас кам карда шуд.
• Дар масъалаҳои гузаранда истифодаи қиматҳои экстремалии тамоми давр, на танҳо миёнаҳо, ҳамчун ҳадафи оптимизатсия ҳолатҳои критикиро равшантар мекунад.
• Коҳиши кавитатсия ва коҳиши пульсатсияи фишор ҳатман дар як самти геометрӣ пеш намераванд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад ё ҳанӯз насанҷидааст

• Бевосита нишон дода нашудааст, ки сохтори оптимизатсияшуда умри тормозгирии изтирориро дар мошини воқеии ҷамъоварии пахта зиёд мекунад.
• Барои насоси оптимизатсияшуда санҷиши пурраи тормозгирии изтирории тамоми мошин ё техника анҷом дода нашудааст.
• Гузариши тормозгирии изтирорӣ дар стенди физикии насоси пурра аз нав эҷод нашудааст.
• Коҳиши кавитатсияи %34,7-ро ба ҳамаи насосҳои поршении меҳварии ҳалқаи пӯшида умумӣ кардан мумкин нест.
• Таъсири воқеии хизматии афзоиши %12,97 пульсатсияи фишор ба ларзиш, садо ё хастагии дарозмуддат таҷрибавӣ чен нашудааст.
• Модели Kriging махсусан пульсатсияи фишорро комил пешгӯӣ намекунад; дар тасдиқи мустақили CFD барои ин ҳадаф хатои %8,00 гузориш шудааст.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Хусусиятҳои асосии насоси омӯхташуда

Параметрҳои асосии CFD

Муодилаҳои асосии ҷараёни дуфаза

Дар равиши якхелаи омехтаи Euler–Euler нигоҳдории масса:

\[ \frac{\partial \rho_m}{\partial t}+\nabla\cdot(\rho_m\vec{u})=0 \]

ба ин шакл дода шудааст. Дар ин ҷо \(\rho_m\) зичии омехта, \(t\) вақт ва \(\vec{u}\) вектори суръати омехта аст.

Муодилаи импулс:

\[ \frac{\partial(\rho_m\vec{u})}{\partial t} +\nabla\cdot(\rho_m\vec{u}\vec{u}) = -\nabla p+ \nabla\cdot\left[ \mu_m(\nabla\vec{u}+\nabla\vec{u}^{T}) \right] \]

истифода шудааст. \(p\) фишор ва \(\mu_m\) часпакии динамикии омехта аст.

Барои интиқоли массаи фазаи газ:

\[ \frac{\partial(\rho_g\alpha_g)}{\partial t} +\nabla\cdot(\rho_g\alpha_g\vec{u}) = R_e-R_c \]

истифода мешавад. Дар ин ҷо \(\rho_g\) зичии газ, \(\alpha_g\) ҳиссаи ҳаҷмии газ, \(R_e\) ҳади манбаъ барои ҷудошавии газ ва \(R_c\) ҳади аз нав ҳалшавӣ/конденсатсия аст. Вақте фишори маҳаллӣ аз фишори ҷудошавии ҳаво пасттар мешавад, \(R_e\) бартарӣ пайдо мекунад.

Шартҳои сарҳадии тормозгирии изтирорӣ

Шабоҳати Reynolds барои PIV

Барои шабоҳати динамикӣ байни модели шаффоф ва насоси воқеӣ:

\[ Re_p= \frac{\rho_p l_p u_p}{\mu_p} = Re_m= \frac{\rho_m l_m u_m}{\mu_m} \]

истифода шудааст. Дар ин ҷо \(\rho\) зичӣ, \(l\) дарозии хос, \(u\) суръати хос ва \(\mu\) часпакии динамикӣ аст.

Дар андозагирии PIV фарқи суръати миёна дар буришҳои хос байни таҷриба ва CFD аз %10 кам буд ва барои моделсозии сохтори маҳаллии гирдбод далели таҷрибавӣ фароҳам овард.

Функсияҳои оптимизатсияи бисёрмақсадӣ

Барои кавитатсия, ҳиссаи максималии ҳаҷм-миёнаи газ дар тамоми даври гузаранда кам карда мешавад:

\[ \min f_1(x)= \max_{t\in[0,T]} \left( \frac{1}{V} \int_V \alpha(t)\,dV \right) \]

Дар ин ҷо \(x=[R,\alpha,\theta]\) вектори тағйирёбандаҳои геометрӣ, \(V\) ҳаҷми ҷараёни арзёбишаванда ва \(\alpha\) ҳиссаи маҳаллии ҳаҷмии газ аст.

Барои пульсатсияи фишор:

\[ \min f_2(x)= \max_{t\in[0,T]}p_{out}(t) - \min_{t\in[0,T]}p_{out}(t) \]

истифода шудааст. Ин таъриф фарқи байни фишори максималӣ ва минималии портро дар тамоми даври тормозгирии изтирорӣ чен мекунад.

Самаранокии миёнаи ҳаҷмии гузаранда бошад:

\[ \max f_3(x)= \frac{1}{T} \int_0^T \frac{q_a(t)}{q_{th}(t)} \,dt \]

муайян шудааст. \(q_a\) дебити воқеии баромад ва \(q_{th}\) дебити назариявиест, ки аз ҷойивазкунии геометрӣ ва суръати лаҳзавии вал ҳисоб карда мешавад.

Муқоисаи мустақими натиҷаҳои оптимизатсияшуда

Хатоҳои тасдиқи мустақили CFD барои модели Kriging

Азбаски пульсатсияи фишор ба сохтори муфассали ҷараён ҳассостар аст, модели ҷонишин онро нисбат ба ҳадафҳои дигар бо дақиқии пасттар пешгӯӣ кардааст. Муҳаққиқон пешниҳод мекунанд, ки дар оянда намунагирии зичтар ё моделҳои ҷонишини дараҷаи баландтар истифода шаванд.

Қайди Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Transient Cavitation Suppression in Closed-Circuit Pump Under Extreme Loading: Mechanism Analysis and Multi-Objective Optimization

Муаллифон: Yue Wang, Yuhang Zhao, Mingyue Wang, Jin Zhang, Xu Wang, Ying Li ва Xiangdong Kong.

Тартиби муаллифон: Тартиби манбаъ айнан нигоҳ дошта шудааст.

Ҳиссаи баробар/муаллифи аввали баробар: Дар манбаъ нишон дода нашудааст.

Муаллифи масъул: Jin Zhang.

Муассисаҳо: School of Mechanical Engineering, Yanshan University; Hebei Provincial Key Laboratory of Heavy Machinery Fluid Power Transmission and Control; State Key Laboratory of Crane Technology, Yanshan University; Yantai Eddie Hydraulic Technology Co., Ltd.

Маҷалла: Machines.

Нашриёт: MDPI, Basel, Switzerland.

Ҷилд / шумора / рақами мақола: 14(5), 541.

DOI: 10.3390/machines14050541.

Санаи қабул: 14 Апрел 2026.

Бозбинӣ: 8 Май 2026.

Қабул: 11 Май 2026.

Санаи нашр: 12 Май 2026.

Навъи манбаъ: Мақолаи аслии тадқиқотии тақризшуда; моделсозии CFD-и гузаранда, санҷиши кори насоси физикӣ, визуализатсияи ҷараёни PIV бо миқёси Reynolds ва оптимизатсияи геометрии бисёрмақсадиро дар бар мегирад.

Ҳолати тақриз: Мақолаи маҷаллаи тақризшуда мебошад.

Литсензия: Creative Commons Attribution (CC BY).

Пайванди расмӣ: DOI 10.3390/machines14050541.

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот аз ҷониби Барномаи Миллии Калидии Тадқиқот ва Рушди Чин дар доираи No. 2023YFB3406701 маблағгузорӣ шудааст.

Дастрасии маълумот: Муаллифон хабар додаанд, ки маълумот бо дархост пешниҳод мешавад.

Баромади манфиатҳо: Муаллиф Xu Wang корманди Yantai Eddie Hydraulic Technology Co., Ltd. мебошад. Муаллифони дигар хабар додаанд, ки таҳқиқот бидуни муносибатҳои тиҷоратӣ ё молиявие, ки метавонанд бархӯрди эҳтимолии манфиатҳоро ба вуҷуд оранд, анҷом шудааст.

Ҳиссаи муаллифон: Методология Y.W.; нармафзор Y.W. ва X.W.; тасдиқ Y.W. ва Y.Z.; таҳлили формалӣ Y.W.; таҳқиқ Y.L. ва X.K.; захираҳо Y.Z. ва M.W.; идоракунии маълумот Y.Z. ва M.W.; тарҳи аввал Y.W.; бозбинӣ ва таҳрир J.Z.; визуализатсия X.W.; роҳбарӣ J.Z.; дарёфти маблағ J.Z. гузориш шудааст.

Механизмҳои илмӣ, танзимоти CFD, натиҷаҳои PIV, таҳлилҳои параметрӣ, тағйирёбандаҳои оптимизатсия ва натиҷаҳои ададӣ дар ин матни Verianla танҳо ба таҳқиқоти баррасишуда такя мекунанд. Манбаи беруна танҳо барои тасдиқи шахсияти библиографии нашр истифода шудааст; ягон натиҷаи нави илмӣ аз берун илова нашудааст.

Маҳдудиятҳои асосии методологӣ: Шартҳои пурраи гузарандаи тормозгирии изтирорӣ дар стенди физикии насос пурра аз нав эҷод карда нашудаанд. Тасдиқи макроскопии CFD бо санҷишҳои устувори бори баланд ва тасдиқи ҷараёни маҳаллӣ бо модели шаффофи PIV-и дорои шабоҳати Reynolds анҷом шудааст. Насоси оптимизатсияшуда дар мошини воқеии ҷамъоварии пахта бо санҷиши пурраи воситаи нақлиёт тасдиқ нашудааст. Хатои пешгӯии пульсатсияи фишори модели ҷонишини Kriging дар ҳалли оптималӣ %8,00 аст. Аз ин рӯ, гарчанде таҳқиқот занҷири қавии моделсозӣ–тасдиқи таҷрибавиро пешниҳод мекунад, он далели устувории саҳроии воқеӣ ё умри воқеии воситаи нақлиёт нест.

Қайди истилоҳии дохили манбаъ: Ҳиссаи қуллавии ҳаҷмии газ, ки аз %12,17 то %7,95 коҳиш ёфтааст, дар хулоса ва натиҷа ҳамчун натиҷаи тамоми/умумии майдони ҷараён таъриф мешавад, дар ҳоле ки як ибора дар Бахши 4.3 онро “cylinder bore region” меномад. Дар матни Verianla мутобиқи хулосаи асосии библиографӣ ва натиҷа ибораи «майдони умумии ҷараён» истифода шудааст ва фарқи дохили манбаъ пинҳон карда нашудааст.