液压节流阀内流场非定常空化特性研究

发布时间：2020-10-20 02:20

　　 液压节流阀作为液压传动与控制中非常重要的基础性元件,具有密封性好,抗污染能力强等特点,被广泛的应用在液压系统中。但当节流阀内发生空化时,空化的周期性溃灭使阀内压力产生振荡,影响系统稳定性,且空泡在阀芯表面溃灭产生的压力冲击使阀芯表面金属剥落,形成气蚀,严重影响节流阀的使用寿命,因此对节流阀内部空化现象进行研究具有重要意义。本文采用了理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法,分别对不同结构和工作参数时节流阀内油液流场非定常空化特性进行了研究,包括:空化结构演化过程及周期性、不同空化阶段对速度场的影响以及空化溃灭对节流阀下游流道压力脉动的影响。采用数值模拟与实验研究相结合的研究方法,研究了在一种典型工况时的液压节流阀内流场非定常空化特性,研究结果表明:空化的发展是一种非定常的周期性过程,其发展变化可以分为空化的产生、脱落以及溃灭这三个过程。相对于空化初生,空化溃灭阶段存在更广的高速分布区,在速度波动的程度相对更剧烈,同时不同位置截面在靠近壁面处均存在反向射流区,且不同截面位置所对应的反向射流的强度不同。不同监测点处的压力脉动具有相同的主频,该频率和空化结构演化的周期基本一致。针对结构参数对节流阀内非定常空化特性的影响,数值与理论分析了阀芯长径比以及上下游流道径比对阀内空化场、速度场以及压力场的影响,研究结果表明:空化周期随阀芯长径比的增大呈现先增大后减小的趋势,但相对于阀芯头部半径R0对空化流场的影响,改变阀芯头部曲线段长度L对空化流场的影响较大。此外,空化周期随上下游流道径比的增大同样呈现先增大后减小的趋势。在保持上游流道半径不变,减小下游流道半径时,阀芯头部的空化区域以及压力脉动的幅值逐渐增大,但改变节流阀上游流道半径对阀内流场的影响较小。为了研究工作参数对节流阀内非定常空化特性的影响,采用数值模拟与实验研究相结合的研究方法,研究了进出口压差以及开度变化对阀内空化场、速度场及压力场的影响,研究结果表明:随着进出口压差的增大,空化周期和游离型空化的最大长度也相对增加,同时压力脉动产生波谷期的时间会向前发生推移。在进出口压差保持不变,增大阀门开度时,介质在阀腔中沿轴向的速度增加,游离型空化随着主流一起向下游运动的速度相对增加,空化周期变小,游离型空化由产生到溃灭的时间相对减小,且阀芯头部的空化区域会逐渐减小。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH137.522
【部分图文】：

2 节流阀内空化流动的基本理论及实验方法速度较快、空化发生的区域较大或者是壁面的形时，在液压油和阀座固壁面之间形成看似位置不就被称为固定型空化。顺着固定型空化外部表面位置的阀座壁面上形成驻点，那么在空腔的里面，如果该流动能够达到空腔的前端位置，那么空，并且顺着主流发生溃灭进而消失。但是新的固上产生并发育。此后反向流会继续填充空腔以不断地进行周期性循环。

图 2-2 游离型空化示意图Figure 2-2 Free cavitation schematic空化涡中心处的压强低于在当前温度下的饱和蒸汽压闸门槽中，如果能够产生强度很大的漩涡，那么强度很大的流动介质中会含有强度较大的紊动漩都会有漩涡空化产生。空化的由空化初生到溃灭周而复始的空化过程称为振三种空化不同的是，上述的空化类型基本都在流化在不流动的液压介质中也能够产生。(Re-entrant Jet)内发生空化时，在阀座下游壁面会产生指向上游为反向射流或回射流。图 2-3(a)~(f)为反向射流

图 2-3 反向射流机制示意图Figure 2-3 Schematic of re-entrant jet mechanism回射流的厚度以及速度是其两个重要的参数。对于回射流的厚度，在无压力梯度的情况下，根据非线性理论给出如下的计算公式：1 1= 12 1 （2-1）其中 是回射流厚度与空泡最大厚度的比值， 为空化数。由公式可以得出当空化数增大时回射流的厚度也会增大。当空化数 很大时，其厚度能够达到空泡最大厚度的一半，当空化数 接近于零时，回射流厚度也基本接近于零。回射流的厚度不同，其和空泡的上壁碰到的难易程度也不同。在回射流的厚度比较大时，它在向上游运动的过程中很容易碰到空泡的上壁，从而回射流到达空泡头部的难度增大，会致使空泡发生脱落的尺度相对较小。当回射流较薄时，在空泡中它有较大的运动空间，很容易延壁面到达空泡的前端，切断整个空泡，造成大范围的空泡脱落，形成云状空泡。对于回射流的速度，Sakoda[79]等根据大量的试验结果给出了一经验公式：
【参考文献】

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本文编号：2848063