高水基安全阀流场的CFD仿真

发布时间：2020-08-14 13:47

【摘要】： 安全阀是液压传动与控制系统中的重要元件,它维护着整个液压系统的安全,阀内的流场特性直接影响阀的性能。本文利用计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)软件FLUENT对液压支架安全阀的流场进行了数值模拟与分析计算。本文按照实际使用中的安全阀的参数,采用AutoCAD和UG软件,建立了安全阀流场的二维和三维几何模型。运用FLUENT前处理软件GAMBIT进行了网格的划分。在FLUENT软件中对两种模型的流场进行了稳态数值模拟,并对二维模型进行了动态模拟。在开口度相同、边界条件不同和开口度不同、边界条件相同时对流场进行模拟,找出影响安全阀流场压力和速度分布的因素。过流断面面积突变处,存在回流现象,从而会出现漩涡区。在稳仿真过程中,边界条件是固定的,改变边界条件重新进行稳态仿真,得到最低压强为负值,求出在节流口处压强最低为-0.92MPa,计算出在节流口处压强最低时的空化系数为-0.028,会产生气穴。下面采用空化模型进行仿真,得到汽化水的体积分数为0.892,证明确实产生了气穴。通过压力和速度矢量图可以看到在阀内出现了漩涡和气穴,从而将产生噪声和振动,严重影响阀的工作性能和效率,对阀的流道进行改进,把面积直角突变改为平滑圆角过渡,通过仿真发现截流口处的最低压力明显提高,漩涡的数量和强度均降低。把改进后模型的仿真结果与原模型的仿真结果进行比较,为阀的优化设计提供参考依据。阀芯的运动速度为0.001m/s,得到了阀芯在运动过程中的压力和速度矢量分布图,阀芯在闭合的过程中液体的流动比开启过程和静态时的流动曲线图要复杂得多,漩涡的数量和强度都大,由于漩涡的出现,速度就在各个方向上都有分量。对阀芯受到的稳态液动力和总的作用力进行了理论分析和模拟计算,把仿真结果与理论结果相比较得到:开口度一定时,压力越大,总作用力和稳态液动力越大;压力一定时,开口度越大,总作用力和稳态液动力越小。与理论相一致,而且计算值总是大于仿真值。所进行的研究工作对安全阀的设计和性能优化提供了依据。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH137.52
【图文】：

安全阀,几何模型,真实性

安全阀是压力控制阀的一种，它利用流液流过节流口产生压力损失来减压，当液压系统所受外力大于安全阀的额定压力时，安全阀开启、溢流，从而保障系统的安全‘，ol。图3一1是本文所研究安全阀结构简图的一部分，它有两组出油口同时卸载、排油。出字由口B出油口A进油口\\\、、、、 \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\ ///////////////////////卜\\土1‘、分价一 }}}厂厂、川川网网网网网网网网网网网网网网网网网网 AAA工工工工工工工工工工工工工工工工工工十十十十十十/，」一一l夕厂/厂‘ ‘ OOOOOOOOOl}}}仪_-.应贤竺竺丁卜份一州州州州州州州 l}}}产一r一l--------------一 }}} 叮叮叮不不 ///’ ’伴伴伴伴 lll\夕夕口口口口’\\..份es州赞气于泞泞 ‘‘‘‘‘‘‘‘‘ ‘ ‘‘、\.、‘、、.1、、一‘·· 图3一1安全阀结构简图 F193一 1Thestrueturesehemeofsafetyvalve 3.1.2安全阀流道的几何模型对安全阀阀道内的紊流流动进行数值模拟，需要适当的几何模型和数学模型，模型的确定对以后的计算仿真工作有着决定性的作用。模型的建立需遵循两个原则:l、模型的物理真实性;2、数学计算的可行性。物理的真实性要求所建立的几何模型尽量反映计算对象的本质

安全阀,几何模型,流道,混合单元

如:转换和调解节点坐标系，对并行处理划分单元，在计算区域内对单元重新排序以减少带宽以及合并和分割区域等。FLUENT在二维问题中可以使用由三角形、四边形或混合单元组成的网格，如图3一3所示。网格的选择依赖于具体的问题，在选择网格的时候，你应该考虑下列问题:.初始化的时间.计算花费.数值耗散

模型图,二维网格,安全阀,流道

为比较开口度不同对仿真结果的影响，分别在开口度在1.0和2.omln时建立几何模型，图3一4是开口度为2.Olnln时的二维几何模型。图3一4安全阀流道的二维网格模型Fig3一 4Gridoftwodimensjonofsafetyvalve，sflowfield3.2.2自适应网格由于安全阀实际流场的复杂性，均匀网格己不适用于很多复杂流动的数值模拟。为了梦算复杂流场，如果流场中数值解是光滑的且给定网格点数时可采用高精度计算方法，但这样计算方法会很复杂。如今计算量己经不是主要限制，所以提高精度和分辨细部常主要依靠网格的合理布置和适当加密。自适应网格法不是从差分格式的构成出发，而是从网格生成的途径来达到提高精度的要求。根据情况变化自动调整网格，这种能力叫作适应性，一是几何适应性，如在生成网格和存在动边界时根据域的几何形状作出调整。二是解适应性，在求解过程中不断根据数值解重新分布节点和局部增减节点，它可以从物理量的梯度出发构成网格。物理量光滑的地方，网格分布稀疏一些，而物理量梯度大的地方，网格加密。这样充分地利用了计算资源，不会出现不必要的网格单元增加的现象。Fluent中自适应网格完善特征允许我们根据数据计算结果来修改网格梳密布置或网格走向。跟结构化网格相比减少创建时间，不会带来因插入新的网格点。根据建立的初始网格，对阀内的流场进行初步的计算。因为考虑到阀节流口处的压差变化比较大，容易产生气蚀，引起阀的振动等?

【参考文献】