基于动网格的锥阀流场可视化及空化现象研究

发布时间：2017-04-08 22:27

  本文关键词：基于动网格的锥阀流场可视化及空化现象研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锥阀具有密封性好、通流面积大、节能、易操作、对液压介质不敏感等优点,在液压系统中得到了广泛应用,尤其在插装阀中更是普遍使用。锥阀对液压系统的控制是通过调节内部流体的流动状态来实现的。因此,提高锥阀的性能需要深入研究阀体内部流体的流动状态,从流场的角度研究液压阀内部的流道形状、流场流态及破坏机理之间的关系。目前关于锥阀的研究存在的不足与问题:1)根据实验数据发现目前关于锥阀过流断面面积的计算方法尚存在问题:传统锥阀过流断面面积计算公式是按全锥锥阀情况推导得出,锥台形锥阀阀芯在小行程范围内运动时可使用该计算公式,在大行程时传统面积公式不再适用;2)以往关于液压阀流场的数值分析多局限于定常研究或直接给定阀芯运动速度的瞬态研究,其方法难以真实模拟阀芯运动情况及流场变化情况,且实际工作中阀芯的启闭过程会对空化流场产生较大影响,因此目前的研究无法真实反应气穴的产生与发展过程。根据目前存在的问题,进而确定主要研究内容如下:首先,本文利用前处理软件Icem对全锥锥阀与锥台形锥阀的流场进行网格划分,利用计算流体动力学软件Fluent对两种锥阀流场进行CFD仿真计算,分析研究两种锥阀内部流场在相同条件下的不同流态,从流场的角度研究全锥锥阀与锥台形锥阀在不同行程时阀口的流量特性。研究结果表明在小行程外流工况时,两种锥阀的流场特征几乎相同,起节流作用的过流断面位于同一位置;在大行程外流工况时,由于锥台形锥阀阀口前无锥面的导流作用,阀座直角顶点与阀芯锥面下顶点所形成的锥台侧表面起实质性收缩流体的作用,过流断面的位置发生变化。继而通过流场分析与理论推导相结合的方法,推导出了锥台形锥阀在大行程时过流断面的位置与大小。其次,本文利用计算流体动力学软件FLUENT中的6DOF模型模拟插装阀阀芯开启过程中的非定常流场,阀芯运动由其所受流体力确定,当阀芯受力达到平衡时,阀芯停止运动。与此前研究方法相比,该方法与阀芯实际运动更加接近,且避免了编写较为复杂的UDF函数,通过将阀芯处于稳定后阀芯位移、控制腔压力、进出口流量的数值计算结果与实验结果进行比较,证实利用文中所提研究方法能够较真实地模拟液压阀开启过程中的瞬态流场特性。在此基础上,模拟了锥阀流场发生空化现象的瞬态流场,观察了空化的产生与发展过程,且将瞬态模拟与稳态模拟的空化流场进行对比,发现两者有较明显的差别,对于阀芯运动过程中的空化流场,如果采用稳态模拟进行代替,会造成一定的误差。
【关键词】：锥阀 瞬态流场 过流断面 空化
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137.52
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题研究背景12-13
• 1.2 国内外研究现状13-19
• 1.2.1 液压阀流量特性研究现状13-15
• 1.2.2 液压阀动态特性研究现状15-17
• 1.2.3 液压阀空化现象研究现状17-19
• 1.3 课题主要研究内容19-22
• 第二章 锥阀过流断面的确定和计算22-40
• 2.1 引言22-23
• 2.2 理论基础23-25
• 2.2.1 流量控制原理23
• 2.2.2 薄壁孔口淹没出流数学模型23-25
• 2.2.3 锥阀的流量系数25
• 2.3 锥阀过流断面仿真计算25-39
• 2.3.1 仿真模型与计算方法25-26
• 2.3.2 过流断面的可视化分析26-37
• 2.3.3 过流断面的解析计算37-39
• 2.4 本章小结39-40
• 第三章 液压锥阀动态流场分析40-56
• 3.1 引言40
• 3.2 Valvistor阀工作原理40-41
• 3.3 数学模型41-42
• 3.4 流场分析方法42-46
• 3.4.1 实验研究42-43
• 3.4.2 数值模拟方法43-46
• 3.5 仿真结果验证46-49
• 3.5.1 阀芯位移验证46-47
• 3.5.2 控制腔压力验证47-48
• 3.5.3 进出口流量验证48-49
• 3.6 流场分析49-54
• 3.6.1 动态流场分析49-53
• 3.6.2 稳定流场分析53-54
• 3.6.3 稳态液动力计算54
• 3.7 本章小结54-56
• 第四章 Valvistor阀空化现象研究56-74
• 4.1 引言56-57
• 4.2 理论基础57-58
• 4.2.1 Mixture模型57
• 4.2.2 Cavitation模型57-58
• 4.3 气穴流场模拟58-67
• 4.3.1 几何模型与网格模型58-59
• 4.3.2 假设59
• 4.3.3 计算方法59
• 4.3.4 瞬态空化流场与稳态空化流场对比59-65
• 4.3.5 瞬态空化流场分析65-67
• 4.4 控制口流量系数的计算67-72
• 4.4.1 阀芯控制口面积67-68
• 4.4.2 控制口流量系数分析68-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第五章 论文总结与工作展望74-76
• 5.1 论文总结74-75
• 5.2 工作展望75-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文83

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本文编号：293852