气动控制阀流场特性分析研究

发布时间：2017-10-15 07:18

  本文关键词：气动控制阀流场特性分析研究

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【摘要】：活塞式气动马达是矿山采掘、管道铺设及锚杆装卸等矿用绞车的核心动力装置,研究气动马达的工作过程对提高绞车的工作效率具有重要意义。气动控制阀是气动马达配气系统的关键控制元件,其结构直接影响气动马达的动力输出及工作特性。气动控制阀及马达缸内流场分布复杂多变,具有较强的三维特性与随机性。应用数值模拟方法对气动控制阀及马达缸内流场进行分析,并研究其流场分布规律与马达输出特性之间的关系。根据气动控制阀内部流场的流动特性及影响因素,结合空气动力学基本理论与研究方法,建立气动控制阀内部流场的三维模型。针对不同工况条件,应用流体分析软件Fluent进行气动控制阀流场的数值模拟。得到了压力、速度及马赫数等可以反映气动控制阀内部流场特性的相关参数。首先,在不同升程下,对安全阀内部流场及马达输出功进行分析,确定出合理的安全阀升程值,在减小安全阀阀口处压力损失的基础上保证气缸内具有足够的进气量。其次,对不同气缸进气时配气阀芯进气管与阀体圆形管接口处的流场分布进行模拟,分析不同接口处的流场分布规律及能量损失情况。再将马达正反转工况下配气阀进气管出口段的流场分布进行对比分析,确定出配气相位角与配气阀进气管出口段及气缸内流场分布间的关系。同时,对气动马达一次排气及二次排气过程进行分析,分别取三组二次排气管截面直径,研究截面直径对气动马达二次排气过程的影响,找出二次排气过程中存在串气现象的原因。最后,根据气缸进气管内压力损失系数与气缸进气管扩压角之间的关系,确定了气缸进气管扩压角。并建立了进排气相位角与缸内气压及马达输出扭矩间的关系,进而优化出合理的配气相位角。最终,在相同工况下,对比不同气动控制阀结构下气动马达的输出功,以验证结构优化的合理性。通过数值模拟方法对气动控制阀内部气体的气动性能进行了系统的研究与分析,得到了气动控制阀内部流场的详细物理参数,并根据所得参数对其气动控制阀中几处关键部位进行了结构优化。研究结果对气动控制阀的结构设计与改进具有一定的理论参考价值。
【关键词】：气动马达 气动控制阀 数值模拟 流场分析 结构优化
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH138.52
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 气动控制阀流场的主要研究方法10-11
• 1.2.2 国外研究现状11-12
• 1.2.3 国内研究现状12-13
• 1.3 主要研究内容13
• 1.4 本章小结13-14
• 第二章 气动控制系统配气过程及工作原理14-20
• 2.1 活塞式气动绞车的基本结构14
• 2.2 气动马达的气动控制系统14-16
• 2.2.1 气动马达的工作过程14-15
• 2.2.2 气动控制阀配气原理15-16
• 2.2.3 气动马达正反转配气过程16
• 2.3 气动马达工作性能分析16-19
• 2.3.1 气动马达的受力分析16-17
• 2.3.2 气动马达的做功性能分析17-19
• 2.3.3 现有气动马达的工作特性19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 气动控制阀流场计算模型的建立20-34
• 3.1 几何模型的建立20-21
• 3.2 动网格的应用21-24
• 3.2.1 动网格的基本原理21-22
• 3.2.2 动网格在计算模型中的应用22-24
• 3.3 滑移网格的应用24-25
• 3.3.1 滑移网格的基本原理24-25
• 3.3.2 滑移网格在计算模型中的应用25
• 3.4 流场计算域网格的划分25-27
• 3.5 气动控制阀流场计算模型的选定27-33
• 3.5.1 流体流动状态分析27
• 3.5.2 基本控制方程27-29
• 3.5.3 湍流模型的选定29-32
• 3.5.4 边界及初始条件的确定32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 气动控制阀流场特性分析34-51
• 4.1 安全阀升程对马达输出功的影响34-35
• 4.2 安全阀阀口段流场分析35-38
• 4.2.1 不同进气压力下阀口段流场分布35-36
• 4.2.2 不同升程下阀口段流场分析36-38
• 4.3 配气阀进气管入口段流场分析38-41
• 4.4 不同工况下配气阀进气管出口段流场分析41-44
• 4.4.1 阀门小开度工况下正反转对比分析41-43
• 4.4.2 阀门全开工况下正反转对比分析43-44
• 4.5 配气阀二次排气过程研究44-48
• 4.5.1 二次排气过程流场分析44-46
• 4.5.2 二次排气管截面直径对排气过程的影响46-48
• 4.5.3 截面直径对马达输出功的影响48
• 4.6 正反转工况下马达输出功特性分析48-50
• 4.6.1 气缸内流场分析48-49
• 4.6.2 马达正反转输出功对比49-50
• 4.7 本章小结50-51
• 第五章 气动控制阀结构优化51-56
• 5.1 气缸进气管扩压角的优化51-52
• 5.1.1 进气管扩压角51
• 5.1.2 进气管扩压角的优化51-52
• 5.2 配气相位的优化52-54
• 5.2.1 进气相位对马达输出功的影响53
• 5.2.2 一次排气提前角对马达输出功的影响53-54
• 5.3 对优化后结构的验证54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 结论与展望56-58
• 参考文献58-61
• 致谢61-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62

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本文编号：1035806