高温流量控制阀研究

发布时间：2017-10-28 13:01

  本文关键词：高温流量控制阀研究

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【摘要】：高温流量控制阀是某型冲压发动机燃油供给系统的核心部件之一,其性能的优劣决定着能否对燃油流量进行实时、准确、稳定的控制。流经流量控制阀的燃油温度能够达到500～600℃,热是影响高温流量控制阀结构、性能的关键影响因素。利用耦合场理论,借助计算工具,研究了高温流量控制阀的热力学特性、高温阀阀内流场特性以及高温流量调节的动态特性等,并进行了试验验证。采用多场耦合的方法,对高温流量控制阀进行了热力学研究。基于热力学理论和弹性力学理论,建立了高温阀温度快速变化时的热弹耦合模型,并对模型进行了数值求解。以理论分析为基础,考虑了温度场和应力场的相互作用,利用软件研究了利用45#钢和GH783合金材料制造的控制阀的热力学特性,进行了温度场、热应力以及热应变仿真。仿真结果显示,GH783合金制造的流量控制阀其热力学特性能够满足控制阀的要求,流量控制阀阀口边缘处和阀芯前端的热应力、热应变最大,影响燃油在控制阀阀口处的流动特性,为了降低变形对流量调节精度的影响,高温阀阀口结构改为圆角过渡形式。基于流体力学和固体力学的相关理论,分析燃油与阀芯、阀体之间的耦合作用机理,建立了高温燃油流量控制阀的流固耦合模型,分别对流量控制阀流体域和固体域进行了分析,建立了高温流量控制阀的流固耦合方程,并推导出完整的数值计算方法。在理论分析基础上,利用计算机软件,对高温流量控制阀进行了流场仿真,分析了阀口开度、阀入出口压力以及燃油流速与控制阀的流量之间关系,获得了流量阀在不同压差和阀口开度下的流量系数,根据流量系数曲线,拟合获得了流量系数方程。分析了高温流量控制阀先导阀的工作原理,建立了先导阀的数学模型；通过分析控制阀阀芯的受力情况、阀口的流量特性,建立了流量控制阀主阀的流量方程；结合两个模型,建立了高温燃油流量控制阀的传递函数。采用Matlab/Simulink对压力闭环反馈控制和位移闭环反馈控制两种方式进行了仿真研究,结果表明,位移闭环反馈控制系统动态响应快,抗外负载干扰能力强,控制精度高,但是适应的温度较低。而压力闭环反馈控制,虽然精度低于位移闭环控制,但其可适应高温,系统响应时间能够满足系统要求,为高温流量调节系统的理想选择。测试了高温燃油流量控制阀的热力学特性,利用试验结果修正了软件仿真结果,验证了仿真结论的可靠性；测试了高温燃油流量控制阀控制特性,激励方式选用正弦激励和方波激励两种方式,分别测试了阀芯位移闭环反馈控制和波纹管腔控制气体压力反馈控制的系统动态响应,并在试验结果分析基础上,修正试验参数,最后进行了高温下流量调节系统的动态响应和流量响应测试,结果表明,该燃油流量控制系统能够满足项目要求。
【关键词】：高温流量控制阀 耦合分析 阀口热应变 高温流场 高温流体流量控制
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V235.213
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 研究背景及研究意义12-14
• 1.2 控制阀国内外研究现状14-22
• 1.2.1 冲压发动机研究现状14-15
• 1.2.2 高温燃油流量控制阀研究现状15-17
• 1.2.3 高温流量控制阀热力学研究现状17-20
• 1.2.4 多场耦合的研究状况20-22
• 1.2.5 锥阀式流量控制阀研究22
• 1.3 课题来源及主要研究内容22-24
• 2 高温阀多场耦合基本理论与方法24-38
• 2.1 阀内传热模型与求解24-28
• 2.1.1 基本假设24
• 2.1.2 数学模型24-28
• 2.2 阀体热弹耦合理论模型28-37
• 2.2.1 控制阀热力学数学模型28-31
• 2.2.2 热弹耦合模型31-33
• 2.2.3 热弹耦合模型求解33-37
• 2.3 本章小结37-38
• 3 基于耦合分析的高温阀温度场与应力场分析38-56
• 3.1 基于热弹耦合的高温阀温度场计算与分析38-51
• 3.1.1 流量控制阀的结构38-40
• 3.1.2 高温阀热力学模型的建立40-44
• 3.1.3 高温阀耦合温度场的总体状态分析44-47
• 3.1.4 阀口关闭时控制阀的瞬态温度场仿真分析47-51
• 3.2 高温流量控制阀热应力与热应变仿真分析51-55
• 3.2.1 阀口全开时高温控制阀的热应力场仿真分析51-53
• 3.2.2 阀口关闭时高温控制阀的热应力与热应变仿真分析53-55
• 3.3 本章小结55-56
• 4 基于耦合理论的高温流量控制阀流场分析56-78
• 4.1 高温流量控制阀流固耦合模型56-65
• 4.1.1 流量控制阀流固耦合系统的基本方程的建立56-63
• 4.1.2 基于流固耦合的有限元方程建立63-65
• 4.2 高温流量控制阀流场仿真建模65-67
• 4.3 高温流量控制阀流场仿真分析67-77
• 4.3.1 压力仿真结果分析67-71
• 4.3.2 流速与流量仿真结果分析71-75
• 4.3.3 流量控制阀流量系数研究75-77
• 4.4 本章小结77-78
• 5 高温流量控制阀控制特性研究78-103
• 5.1 高温流量控制阀先导控制数学模型的建立78-82
• 5.1.1 气体流量连续性方程79-80
• 5.1.2 气缸的压力微分方程80-81
• 5.1.3 伺服阀压力-流量方程81-82
• 5.2 高温流量控制阀锥阀部分数学模型的建立82-88
• 5.2.1 控制阀流量方程82-83
• 5.2.2 流量控制阀阀芯受力分析83-88
• 5.3 高温流量控制阀传递函数88-89
• 5.4 高温流量控制阀流量特性的仿真研究89-102
• 5.4.1 控制阀技术要求及仿真参数90
• 5.4.2 高温流量控制阀阀芯位移闭环控制特性仿真90-96
• 5.4.3 高温流量控制阀压力闭环控制特性仿真96-101
• 5.4.4 位移闭环反馈控制与压力闭环反馈控制效果对比101-102
• 5.5 本章小结102-103
• 6 高温流量控制阀的试验研究103-125
• 6.1 高温流量调节试验系统103-108
• 6.1.1 试验原理103-104
• 6.1.2 燃料供给系统104-106
• 6.1.3 燃料流量控制系统106
• 6.1.4 数据采集系统106-108
• 6.2 试验步骤108
• 6.3 高温流量控制阀热力学特性试验研究108-113
• 6.4 高温流量控制阀控制特性试验研究113-124
• 6.4.1 阀芯位移闭环控制试验114-117
• 6.4.2 波纹管腔气体压力闭环反馈控制试验117-122
• 6.4.3 高温下压力闭环控制试验122-123
• 6.4.4 试验结果与仿真比较分析123-124
• 6.5 本章小结124-125
• 结论及展望125-127
• 参考文献127-134
• 作者简历134-137
• 学位论文数据集137-138
• 附件138

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本文编号：1108307