突扩断面流道压力损失分析
发布时间：2021-11-10 04:08
突扩断面流道是各类液压元件的基本结构形式,流体流经突扩断面流道时将产生压力损失,现有设计资料往往将这类压力损失视为与雷诺数（Re）无关的常值。采用理论分析方法,将流体流经突扩断面的总压力损失系数分解为近似理论值、与突扩断面对上游流速扰动对应的压力损失系数、与上游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数、与下游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数以及与突扩断面两侧压差对应的压力损失系数等5个组成部分;采用CFD模拟方法,研究了Re对总压力损失系数的影响规律。结果表明,存在临界雷诺数Recr,当实际Re低于Recr时,总压力损失系数不再是一常值而随Re反比变化;在低Re时,与突扩断面两侧压差对应的压力损失系数是总压力损失系数的主要成分;而在高Re时,近似理论值及与下游流道实际壁面摩擦对应的压力损失系数是总压力损失系数的主要成分。提出的理论分析方法及数值模拟结果可为各类液压元件中过液孔道的结构优化奠定有益基础。
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(04)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
薄壁阻尼孔淹没出流流场结构
图1中,流体经左侧小直径入口流入,经过突扩断面后,由右侧大直径出口流出;液流流经突扩断面时,其中心区域的主流将由于惯性而逐渐扩散、附壁,靠近孔道壁面的液流将由于黏性和惯性共同作用在突扩断面下游形成漩涡区,导致压力与流速(包括流向)剧变,而后,液流在孔道中经历一段压力与流速分布逐渐趋于稳定的过渡阶段后(即经历一段“入口起始阶段”后),最终达到完全发展的层流状态;为了方便,将组成控制体积的断面1和断面2分别取在距离扩张断面较远的、流场未受扰动的上、下游位置,即断面1和断面2分别位于上、下游流场的完全发展段内,其上的流速分布符合完全发展状态时的层流分布规律,其上的压力分布认为是均匀的。流体在由断面1流动至断面2过程中,总压力变化ΔpT可分解为3部分:由伯努利效应决定的、由突扩断面两侧流速变化导致的压力变化ΔpR;若不考虑扩张断面对液流的扰动影响,液体以未受扰动的、处于完全发展的层流状态流过L1段与L2段时,仍会由于黏性壁面摩擦阻力在这2段内产生沿程压力损失ΔpF,显然,只要流体发生流动,就会产生ΔpF,那么,在分析由突扩断面导致的局部压力损失时,应将ΔpF排除在外;由于扩张断面的存在使上、下游流场的流速、压力分布发生扰动而与完全发展的层流状态产生偏离,特别是由于黏性的影响,在断面下游发生液流的滞止、倒流、分离、脱流等现象,这将导致流体流经扩张断面时产生局部压力损失ΔpI,需要指出的是:由于流速发生了扰动而偏离理想状态,会导致实际壁面摩擦与完全发展状态下的壁面摩擦发生偏离,而这部分壁面摩擦力偏离量导致的压力损失(记为Δp′F)包含在了ΔpI。最终,可有:
p 1 + 1 2 ρα 1 u 1 ˉ 2 =p 2 + 1 2 ρα 2 u 2 ˉ 2 + 1 2 ρ u 1 ˉ 2 C Ι + ? ?? λ 1 L 1 D 1 1 2 ρ u 1 ˉ 2 +λ 2 L 2 D 2 1 2 ρ u 2 ˉ 2 ??? (31)在上、下游层流区域范围内将各自压力函数Cp1和Cp2分别沿X轴向X=0进行线性拟合(图3),上、下游区域在X=0处的压力函数分别为 C p1_01 = C p1_1 - λ 1 L 1 D 1 和 C p2_02 =C p2_2 +λ 2 L 2 D 2 ,其中,Cp1_1和Cp2_2分别为断面1和断面2上的压力函数值,即 C p1_1 = p 1 ˉ / 1 2 ρ u 1 ˉ 2 和 C p2_2 = p 2 ˉ / 1 2 ρ u 2 ˉ 2 ;则由式(31)可有:
【参考文献】：
期刊论文
[1]孔式磁流变阻尼器的磁路改进设计与仿真分析[J]. 祝世兴,吴伟,刘斌勇. 机床与液压. 2015(04)
[2]基于Fluent的液压集成块典型流道流场仿真分析[J]. 谢国庆,李运初. 液压与气动. 2013(12)
[3]基于Fluent的临界流文丘里喷嘴的内部流场仿真分析[J]. 王丽辰,朱云,郑哈,蔡晴. 科学技术与工程. 2013(34)
[4]液压集成块典型孔道结构压力损失分析[J]. 李强,邓子龙,奚文. 液压与气动. 2013(06)
[5]纯水锥阀式先导阀阀口流场的CFD分析及结构优化[J]. 朱耿寅,罗璟,袁锐波,吴松涛,赵德新,袁玉比. 科学技术与工程. 2011(03)
[6]基于FLUENT的特殊阀腔的纯水液压滑阀流道的建模与仿真[J]. 何敏,袁锐波,张宗成,刘森,张鹏,巴少男. 科学技术与工程. 2010(13)
[7]突扩管分离流场的数值模拟[J]. 赵海燕,贾雪松,杨士梅,郝明. 科学技术与工程. 2009(17)
[8]液压传动中的能量损失与压力损失[J]. 李启麟,刘红霞. 液压与气动. 2002(05)
本文编号：3486545
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(04)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
薄壁阻尼孔淹没出流流场结构
图1中,流体经左侧小直径入口流入,经过突扩断面后,由右侧大直径出口流出;液流流经突扩断面时,其中心区域的主流将由于惯性而逐渐扩散、附壁,靠近孔道壁面的液流将由于黏性和惯性共同作用在突扩断面下游形成漩涡区,导致压力与流速(包括流向)剧变,而后,液流在孔道中经历一段压力与流速分布逐渐趋于稳定的过渡阶段后(即经历一段“入口起始阶段”后),最终达到完全发展的层流状态;为了方便,将组成控制体积的断面1和断面2分别取在距离扩张断面较远的、流场未受扰动的上、下游位置,即断面1和断面2分别位于上、下游流场的完全发展段内,其上的流速分布符合完全发展状态时的层流分布规律,其上的压力分布认为是均匀的。流体在由断面1流动至断面2过程中,总压力变化ΔpT可分解为3部分:由伯努利效应决定的、由突扩断面两侧流速变化导致的压力变化ΔpR;若不考虑扩张断面对液流的扰动影响,液体以未受扰动的、处于完全发展的层流状态流过L1段与L2段时,仍会由于黏性壁面摩擦阻力在这2段内产生沿程压力损失ΔpF,显然,只要流体发生流动,就会产生ΔpF,那么,在分析由突扩断面导致的局部压力损失时,应将ΔpF排除在外;由于扩张断面的存在使上、下游流场的流速、压力分布发生扰动而与完全发展的层流状态产生偏离,特别是由于黏性的影响,在断面下游发生液流的滞止、倒流、分离、脱流等现象,这将导致流体流经扩张断面时产生局部压力损失ΔpI,需要指出的是:由于流速发生了扰动而偏离理想状态,会导致实际壁面摩擦与完全发展状态下的壁面摩擦发生偏离,而这部分壁面摩擦力偏离量导致的压力损失(记为Δp′F)包含在了ΔpI。最终,可有:
p 1 + 1 2 ρα 1 u 1 ˉ 2 =p 2 + 1 2 ρα 2 u 2 ˉ 2 + 1 2 ρ u 1 ˉ 2 C Ι + ? ?? λ 1 L 1 D 1 1 2 ρ u 1 ˉ 2 +λ 2 L 2 D 2 1 2 ρ u 2 ˉ 2 ??? (31)在上、下游层流区域范围内将各自压力函数Cp1和Cp2分别沿X轴向X=0进行线性拟合(图3),上、下游区域在X=0处的压力函数分别为 C p1_01 = C p1_1 - λ 1 L 1 D 1 和 C p2_02 =C p2_2 +λ 2 L 2 D 2 ,其中,Cp1_1和Cp2_2分别为断面1和断面2上的压力函数值,即 C p1_1 = p 1 ˉ / 1 2 ρ u 1 ˉ 2 和 C p2_2 = p 2 ˉ / 1 2 ρ u 2 ˉ 2 ;则由式(31)可有:
【参考文献】：
期刊论文
[1]孔式磁流变阻尼器的磁路改进设计与仿真分析[J]. 祝世兴,吴伟,刘斌勇. 机床与液压. 2015(04)
[2]基于Fluent的液压集成块典型流道流场仿真分析[J]. 谢国庆,李运初. 液压与气动. 2013(12)
[3]基于Fluent的临界流文丘里喷嘴的内部流场仿真分析[J]. 王丽辰,朱云,郑哈,蔡晴. 科学技术与工程. 2013(34)
[4]液压集成块典型孔道结构压力损失分析[J]. 李强,邓子龙,奚文. 液压与气动. 2013(06)
[5]纯水锥阀式先导阀阀口流场的CFD分析及结构优化[J]. 朱耿寅,罗璟,袁锐波,吴松涛,赵德新,袁玉比. 科学技术与工程. 2011(03)
[6]基于FLUENT的特殊阀腔的纯水液压滑阀流道的建模与仿真[J]. 何敏,袁锐波,张宗成,刘森,张鹏,巴少男. 科学技术与工程. 2010(13)
[7]突扩管分离流场的数值模拟[J]. 赵海燕,贾雪松,杨士梅,郝明. 科学技术与工程. 2009(17)
[8]液压传动中的能量损失与压力损失[J]. 李启麟,刘红霞. 液压与气动. 2002(05)
本文编号：3486545
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