基于磁控形状记忆合金的高速开关阀设计与研究

发布时间：2017-08-16 17:48

  本文关键词：基于磁控形状记忆合金的高速开关阀设计与研究

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【摘要】：高速开关阀与伺服阀相比具有结构简单、抗污染能力强；与比例阀相比具有控制精度高、工作稳定可靠等优点；目前出现的高速电磁开关阀存在响应频率不高的缺点;超磁致伸缩高速开关阀存在输出位移小而不能广泛应用；压电式高速开关阀受压电材料的叠加容易产生蠕变使其应用受到限制；电致伸缩式高速开关阀存在耗电量大的缺点。因此需研究出能同时满足结构简单,控制精度高,响应速度快,抗污染能力强和经济可靠等优点的高速开关阀来适应现如今的市场需求。随着智能材料的发展出现了磁控形状记忆合金材料,其形变量最高可达12%左右,形变反应速度快,且操作方便,因此将磁控形状记忆合金材料用作高速开关阀驱动材料,可使高速开关阀相对其它不同控制方式的阀的结构性能、性价比更优。本文介绍了高速开关阀的优缺点、发展史,概述了高速开关阀目前研究状态。介绍了磁控形状记忆合金材料的发展历史及现状、性能特点、形变原理。将磁控形状记忆合金用作高速开关阀的驱动器材料,设计了磁控形状记忆合金驱动器和磁控形状记忆合金高速开关阀。利用ANSYS14.5中的Fluent模块对磁控形状记忆合金高速开关阀的锥阀阀芯流场进行了CFD仿真分析,结果证明,设计的对称双锥阀阀芯结构,阀座锥角小于阀芯锥角,能有效降低阀的噪声,提高阀口的抗气蚀能力,保护过流口,减小液流对阀芯的冲击,延长阀芯寿命。应用AMESim软件建立磁控形状记忆合金高速开关阀的系统模型,并对动静态性能进行了仿真分析,结果表明,所设计的磁控形状记忆合金高速开关阀,稳定性和控制性良好,满足设计要求。
【关键词】：磁控形状记忆合金 驱动器 高速开关阀 锥阀 特性分析
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH134;TG139.6
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 引言11-12
• 1.2 高速开关阀分类及其特点12-14
• 1.3 高速开关阀国内外研究历史及技术前瞻14-21
• 1.3.1 高速电磁开关阀14-16
• 1.3.2 电流变/磁流变液式高速开关阀16-17
• 1.3.3 压电式高速开关阀17-18
• 1.3.4 磁致伸缩高速开关阀18-19
• 1.3.5 电致伸缩高速开关阀19
• 1.3.6 高速开关阀的技术前瞻19-21
• 1.4 磁控形状记忆合金材料的发展史21-25
• 1.4.1 形状记忆合金的发展现状21
• 1.4.2 磁控形状记忆合金发展现状21-25
• 1.5 本文研究的意义和研究内容25-26
• 1.5.1 本论文研究的意义25
• 1.5.2 本论文研究的主要内容25-26
• 1.6 本章小结26-27
• 第二章 MSMA材料的形变原理27-35
• 2.1 MSMA的形变机理及理论27-31
• 2.1.1 磁控形状记忆效应27
• 2.1.2 MSMA材料中的马氏体相变27-28
• 2.1.3 MSMA材料的变形机理28-29
• 2.1.4 MSMA形变恢复方法29-31
• 2.1.5 MSMA的主要参数31
• 2.2 MSMA的分类31-32
• 2.3 MSMA变形机理与其他近似效应的区别32-33
• 2.3.1 与温控形状记忆效应的比较32
• 2.3.2 与磁致伸缩效应的比较32-33
• 2.4 MSMA的选择33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 磁控形状记忆合金式高速开关阀设计35-49
• 3.1 磁控记忆合金式高速开关阀的工作原理与参数选择35-36
• 3.1.1 工作原理35
• 3.1.2 参数选择35-36
• 3.2 磁控记忆合金高速开关阀的结构选择与阀芯设计36-40
• 3.2.1 喷嘴挡板式高速开关阀36-37
• 3.2.2 滑阀式高速开关阀37-38
• 3.2.3 球阀式高速开关阀38
• 3.2.4 锥阀式高速开关阀38-39
• 3.2.5 磁控记忆合金式高速开关阀阀芯设计39-40
• 3.3 磁控记忆合金式高速开关阀的阀体结构设计40-45
• 3.3.1 阀口直径设计41-42
• 3.3.2 锥阀阀芯通流部分的直径计算42
• 3.3.3 阀套孔直径计算42
• 3.3.4 通流面积计算42-43
• 3.3.5 锥阀流量系数的计算43
• 3.3.6 锥阀阀芯大径D_1与小径D_2的确定43-44
• 3.3.7 阀芯与阀套的配合长度L44
• 3.3.8 锥阀阀芯上的液动力44-45
• 3.4 磁控记忆合金驱动器的结构设计45-46
• 3.5 磁控记忆合金式高速开关阀整体结构设计46
• 3.6 材料选择46-47
• 3.7 本章小结47-49
• 第四章 磁控形状记忆合金高速开关阀流场CFD分析49-61
• 4.1 CFD概述49-51
• 4.2 磁控记忆合金高速开关阀的CFD数学模型分析51-53
• 4.2.1 气穴模型方程分析51-52
• 4.2.2 k-ε基本模型方程52-53
• 4.3 磁控记忆合金高速开关阀的CFD仿真分析53-59
• 4.3.1 假定CFD流场仿真模型的初始条件53
• 4.3.2 阀芯的CFD三维建模及分析53
• 4.3.3 阀芯模型CFD中的网格划分及边界设置53-54
• 4.3.4 仿真结果与分析54-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 基于AMESim的磁控形状记忆合金高速开关阀性能分析61-73
• 5.1 AMESim软件介绍61-62
• 5.2 AMESim仿真目的62-63
• 5.3 磁控形状记忆合金高速开关阀的AMESim模型建立63-64
• 5.4 磁控形状记忆合金高速开关阀的AMESim仿真结果分析64-71
• 5.4.1 连续PWM信号输入的仿真结果及分析64-67
• 5.4.2 分段线性控制信号输入的仿真结果及分析67-71
• 5.5 本章小结71-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 致谢75-77
• 参考文献77-83
• 附录 攻读硕士学位期间的学术成果83

【参考文献】

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本文编号：684676