液压滑阀液固热多物理场耦合分析研究

发布时间：2021-04-22 10:20

液压阀是液压系统中普遍应用的基础元件,通过控制内部流体的运动,诸如改变其方向、流量等,以此来实现执行机构的动作,而滑阀又是液压阀中采用最多的控制阀形式。在液压阀中,阀芯和阀套的间隙配合影响着系统的整体性能,如果间隙过大,液压油可能会溢出,影响到液压系统的正常工作。反过来说,如果间隙过小,操作力会增大,并且可能引起阀芯卡紧。阀芯卡紧是一种常见的故障,严重影响到液压系统的正常工作。而液压阀内,由于节流作用,油液通过阀口温度会升高,从而阀的温度会升高。阀芯阀套随着温度升高会出现膨胀变形,从而改变了两者之间的间隙,可能造成阀芯卡紧。综上所述,对液压阀的温度和变形的研究具有重要的实际意义。本文以Φ8通径的三位四通电磁阀为研究对象,采用Pro/Engineer软件建立几何模型,在前置处理器Gambit软件中进行网格划分,联合Fluent与Ansys软件进行仿真模拟。由于液压阀温度升高是液压油的粘性耗散的结果,要得到固体的温度分布,必须先分析得到液压油的温度场,所以先对流体部分进行流场分析,再对固体部分进行温度分析和变形分析。本文的主要内容如下：阐述了国内外的研究现状,介绍了有关流体力学的基本方法和理论,对进行流场分析所需要的控制方程和湍流模式做了简单介绍。建立滑阀的三维模型,利用CFD软件FLUENT对流体的压力、速度、温度等进行分析,得到不同工况下油液的压力场、速度场和温度场。结合流场分析得到的液压油的温度场,在ANSYS软件的Workbench平台上分析得到滑阀的温度场及其变形情况。分析仿真结果,得出以下结论：在流体的温度场中,最高温度出现在阀口后部流体与阀芯细轴相接处的壁面部分。由此推断,发热的原因是液压油的粘性耗散。在相同的开口量和相同的压差条件下,固体的最高温度值要大于流体的最高温度值,这是因为固体的比热容小于流体的比热容。对比两种变形,发现受热产生的变形量要远远大于受压力产生的变形量,所以受热膨胀是阀芯阀套在半径方向发生变形的主要原因。根据变形规律可知,在某些开口量情况下,阀芯阀套之间的间隙发生较大变化,可能造成阀芯卡紧,引起系统的瘫痪。因此需要避开这些特殊位置,或者对滑阀结构进行改进,提升其工作性能,从而为滑阀的设计提供了参考,具有实际意义。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.52

文章目录

摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 液压阀流场研究的文献综述

1.3 选题的目的和意义

1.4 本文的主要内容

第二章基本原理和方法

2.1 计算流体力学简介

2.1.1 计算流体力学概述

2.1.2 基本步骤

2.2 主要计算方法

2.2.1 数值计算方法

2.2.2 仿真软件介绍

2.3 方程与模型

2.3.1 基本控制方程

2.3.2 湍流简介

2.3.3 常用湍流模型

2.4 流体的能量损失

第三章滑阀内部流场的数值模拟与分析

3.1 建立几何模型

3.2 网格划分

3.2.1 前置软件简介

3.2.2 滑阀的网格划分

3.3 计算条件和边界条件

3.3.1 计算条件的设定

3.3.2 边界条件的设置

3.4 流体的压力场分析

3.4.1 进出口压差对压力场的影响

3.4.2 开口量对压力场的影响

3.5 流体的速度场分析

3.5.1 轴向面的速度分布

3.5.2 入口横截面的速度分布

3.5.3 出口横截面的速度分布

3.6 流体的温度场分析

3.6.1 轴向面的温度分布

3.6.2 流体出口处的温度分布

3.6.3 流体温度的变化规律

3.7 本章小结

第四章滑阀热场分析

4.1 滑阀内部热量传递方式

4.2 材料热变形理论

4.3 固体温度分析

4.3.1 阀套的整体温度分布

4.3.2 阀套轴截面的温度分布

4.3.3 阀芯的整体温度分布

4.3.4 阀芯轴截面的温度分布

4.3.5 滑阀温度的分析规律

4.4 阀套的变形分析

4.4.1 阀套表面的热变形分布

4.4.2 阀套横截面的热变形分布

4.4.3 开口量对阀套热变形的影响

4.4.4 阀套最大径向变形量的分布规律

4.4.5 阀套的热应变分布

4.5 阀芯的变形分析

4.5.1 阀芯表面的热变形分布

4.5.2 开口量对阀芯热变形的影响

4.5.3 阀芯最大径向变形量的分布规律

4.5.4 阀芯的热应变分布

4.6 本章小结

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表旳论文

【参考文献】