伺服阀前置级射流流场的气穴仿真与试验研究
本文选题：喷嘴挡板伺服阀 切入点：射流流场 出处：《哈尔滨工业大学》2013年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：前置级为喷嘴挡板结构的电液伺服阀，其射流流场具有尺寸小、流速快等特点。因此，射流流场常容易出现气穴现象，由此引起的振动和噪声直接关系到伺服阀的稳定特性和可靠性，进而影响整个液压控制系统的性能。所以为改善喷嘴挡板式电液伺服阀的工作性能，建立伺服阀前置级射流流场气穴的数学模型并研究气穴现象的发生规律是十分必要的。 本文针对伺服阀前置级射流流场，利用气液混合模型的连续性方程、气液混合模型的动量方程、标准k方程和标准k等方程建立了射流流场气液混合流动的数学模型，，在此基础上又加入Rayleigh-Plesset方程建立了射流流场中气穴的数学模型。利用PRO/E软件对射流流场进行了三维建模，用前处理软件GAMBIT对三维模型进行了网格划分及边界条件设置，用FLUENT软件对不同进口压力、不同出口压力、不同尺寸挡板和不同粘度油液的射流流场气穴现象进行了仿真研究，通过对三维模型不同截面的气体分布图、速度云分布图和流线图等仿真结果的分析，得到了不同条件下气穴现象的变化规律。搭建了射流流场气穴观测试验台，利用高速摄像机拍摄得到了不同尺寸挡板在不同进口压力、不同出口压力和不同温度下射流流场的照片，通过对射流流场照片的分析，得到了试验条件下气穴现象的变化规律，对仿真结果进行了验证。 本文结合流体力学和气穴研究基本理论建立了射流流场的气穴数学模型；通过仿真和试验研究了伺服阀前置级射流流场气穴现象，给出了射流流场气穴现象产生的机理与变化规律，为进一步研究喷嘴挡板伺服阀中气穴现象与高频噪声关系提供了一定的理论依据。
[Abstract]:The front stage is an electro-hydraulic servo valve with nozzle baffle structure. The jet flow field is characterized by small size and fast velocity. Therefore, the jet flow field is prone to cavitation phenomenon. The resulting vibration and noise are directly related to the stability and reliability of the servo valve, thus affecting the performance of the whole hydraulic control system, so that the working performance of the nozzle baffle type electro-hydraulic servo valve is improved. It is necessary to establish the mathematical model of the cavitation in the front stage of the servo valve and to study the occurrence of the cavitation phenomenon. In this paper, the mathematical model of gas-liquid mixing flow in the front stage of servo valve is established by using the continuity equation of gas-liquid mixing model, momentum equation of gas-liquid mixing model, standard k equation and standard k equation. On this basis, the mathematical model of the cavitation in the jet flow field is established by adding the Rayleigh-Plesset equation. The three-dimensional modeling of the jet flow field is carried out by using PRO/E software, and the three-dimensional model is meshed and the boundary conditions are set up by the pre-processing software GAMBIT. The cavitation phenomena of jet flow field with different inlet pressure, different outlet pressure, different size baffle and different viscosity oil were simulated by FLUENT software. By analyzing the simulation results of velocity cloud distribution and streamline diagram, the variation law of cavitation phenomena under different conditions is obtained, and a test rig for observation of cavitation in jet flow field is set up. The jet flow field under different inlet pressure, different outlet pressure and different temperature was obtained by using a high-speed camera. Through the analysis of the jet flow field, the variation of cavitation phenomenon under the experimental conditions was obtained. The simulation results are verified. Combined with the basic theory of fluid mechanics and cavitation research, the mathematical model of jet flow field is established in this paper, and the cavitation phenomenon in front stage jet flow field of servo valve is studied by simulation and experiment. The mechanism and variation law of cavitation phenomenon in jet flow field are given, which provides a theoretical basis for further study of the relationship between cavitation phenomenon and high frequency noise in nozzle baffle servo valve.
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O358;TH137.5
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