不同温度油液在液压V型阀口空化现象的可视化研究
发布时间：2021-08-27 10:48
液压技术作为现代工业的重要组成部分,对我国经济发展和技术进步起了很大的促进作用,不可或缺。在液压技术的实际使用过程中,在节流阀、滑阀等阀口处,尤其在小开度情况下,很容易产生空化现象,严重影响着液压系统的控制精度,并伴有强烈的振动和噪声。目前对于空化现象的研究多集中在水介质上,对于以液压油为介质的空化研究又大多没有考虑油温对空化的影响。水介质空化为相变过程的蒸汽型空化,油介质空化为气体析出的空气型空化,在物理机理上有本质的不同。本文对液压阀口普遍存在的空气型空化流动特征进行研究,可完善以液压油为介质的空化理论。针对液压阀口空化现象和三维实验模型对空化研究的不便,本文设计了可进侧光二维实验模型,运用可视化的实验方法,研究了压差和油温对阀口空化的影响。实验发现,在液压阀口处,随油温升高,达到空化初生的进出口压差逐渐减小,且压差变化量整体也呈减小趋势。通过实验记录的不同油液温度下达到相同空化初生现象所需要的压差,采用曲线拟合数据点,得到了46号液压油在298.2K时的本生溶解度为0.101。阀口处油液空化存在附着空化、云状空化和雾状空化,且附着空化存在回射流导致的周期性振荡和与间断面机制有关的...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固体边界附近空化时的空泡形状变化图[26]
硕士学位论文9第2章空泡动力学2.1空化初生空化是指在液体流场内部或液固交界面上含有液体蒸气或空气的空穴(空泡)的出现、形成、发展和溃灭的过程，其发生在液体中，是液体独有的现象，本质是气/液相变或气体析出、溶解的过程。对于纯水而言是常温水体内部由于局部区域压力降低而发生的汽化和液化现象，对于液压油来说，是常温油液内部由于局部压力降低而发生的空气析出和溶解的现象，当空气刚从油液中析出时称为油介质的空化初生现象。图2.1展示了实验过程中的空化初生现象，其中图2.1a和图2.1b为相同角度下拍摄的不同油液流动状态的单帧图像，将图2.1a与图2.1b进行对比，可以发现图2.1a中的圆圈内存在小亮点，此亮点即为空化初生时的空化空泡，从图中可以看出空化初生发生在阀口处低压位置，其表现为：空化初生过程（气体析出）非常突然，空泡的溃灭过程（气体溶解）非常迅速，但整个空化过程并不剧烈。a)阀口处空化初生b)阀口处无空化图2.1空化初生现象图2.1中空化的发生可以被认为是液体在流动过程中被拉断了，断开的部分由气体来补充。假设纯净液体中两个分子之间的可变距离为，与分子之间作用力有关的特征势能与的关系如图2.2所示。在分子间距为x0处平衡，通常x0大约为10-10m。两分子间的引力=/，在分子间距为1时分子间作用力F达到最大，通常1/0约为1.1或1.2。在大部分液体或固体内部，分子间作用力F大约相当于体积膨胀率/0的1/3。由于>1时，分子间引力不足以抵消张力，因此应用与1处相关力相等的恒定张力能够完全使液体或固体断裂。液体和固体均具有可压缩性，其系数κ的范围通常为1010~1011kg/ms2，由于压力=(/0)，那么导致液体断裂的标准压力将会在-3×1010~-3×109kg/ms2之间，也就是说，在此基础上可以预估到液体和固体能够承受3×104~3
不同温度油液在液压V型阀口空化现象的可视化研究10也就是说即使当整体或全部的平均应力仍然是极限张力的1/100，某些点实际能承受的应力能够达到上文特定点预估的3×104~3×105个大气压的张力。图2.2分子间势能曲线对于液体，抗拉强度是由液体中的一些薄弱点所决定的。这些薄弱点可能是短暂且难以量化的，它们有可能是由一些微小的杂质引起的。由于薄弱点量化的困难和抗拉强度对应力作用时间的依赖，导致对抗拉强度的纯理论计算变得更加复杂。液体的抗拉强度至少可以通过空化和沸腾两种方式来体现：（1）液体在约为恒温的条件下通过降低压力来使液体产生断裂的过程称为空化。（2）液体在约为恒压的条件下通过升高温度来使液体发生断裂的过程称为沸腾。流道的表面粗糙度和流动中湍流强度也会对空化初生产生影响。表面粗糙度增加会使边界层的分离出现延迟，从而影响压力场和速度场的整体特性[28]。由于湍流的作用，旋涡中心的低压区会出现空化核，也就是湍流会影响空化初生，即在这种低压条件下本来可能不会发生空化，但是如果存在湍流，那么也能导致空化的发生，因此湍流可以促进空化。湍流也会改变流动分离的位置，引起速度场波动，因此会影响整个压力常由于表面粗糙度会影响湍流强度，因此这两种作用在某种程度上又是相互联系的。本实验模型流道的表面粗糙度≤0.4。2.2空化状态判断对于空化出现与否的判断是非常重要的。目前有两种方法：一种是根据空化产生的噪声判断，另一种是可视化观测。虽然噪声生成是一种比较简单的空化初生的测量方法，但这种方法没有可视化观测直观，而且受空化核数量影响较大。因此，本文选择可对流道进行实时观测的可视化方法，依据临界空泡存灭的发生频度来对空化现象进行判断。
【参考文献】：
期刊论文
[1]渐扩型流道空化特征的实验研究[J]. 赵鹏坤,林言丕,李清华,郑直. 液压气动与密封. 2020(03)
[2]水温对空化流动影响的数值研究[J]. 项乐,谭永华,陈晖,许开富. 推进技术. 2020(06)
[3]液压滑阀V型节流槽内部空化流动仿真分析[J]. 林言丕,赵鹏坤,李清华,郑直. 液压气动与密封. 2019(12)
[4]工程机械液压技术新趋势[J]. 朱耿寅,赵晓云,张乃健,金轲,余丽艳. 建筑机械化. 2019(11)
[5]液压阀口空气型空化周期特性的实验研究[J]. 郑直,赵鹏坤,闵为,冀宏. 西安交通大学学报. 2019(10)
[6]我国液压技术发展现状分析及展望[J]. 户艳. 液压气动与密封. 2019(07)
[7]低压下锥阀振荡空化的可视化试验研究[J]. 闵为,王东,郑直,欧培伟,冀宏. 机械工程学报. 2018(20)
[8]液压传动技术的发展及应用研究[J]. 生兆洲,王晓伟. 设备管理与维修. 2018(16)
[9]附着型空穴断裂及脱落机制的实验研究[J]. 王畅畅,黄彪,王国玉,张敏弟,高德明. 工程力学. 2017(10)
[10]基于Levernberg-Marquardt算法的动态磁性检测站磁定位方法研究[J]. 隗燕琳,陈敬超,李贵乙,王彦东,曾小军. 计算机测量与控制. 2017(09)
博士论文
[1]液压锥型节流阀的气穴热效应及噪声的研究[D]. 张健.哈尔滨工业大学 2014
[2]液压元件的可靠性设计和可靠性灵敏度分析[D]. 张天霄.吉林大学 2014
[3]液压节流阀中的空化流动与噪声[D]. 陆亮.浙江大学 2012
[4]液压阀口空化机理及对系统的影响[D]. 杜学文.浙江大学 2008
[5]液压阀芯节流槽气穴噪声特性的研究[D]. 冀宏.浙江大学 2004
硕士论文
[1]液压V型阀口空气型空化流动特征的可视化研究[D]. 赵鹏坤.兰州理工大学 2019
[2]液压锥形节流阀口气穴发光现象的研究[D]. 段博崧.哈尔滨工业大学 2019
[3]小型液压泵站储油单元热特性研究[D]. 余华进.安徽建筑大学 2019
[4]液压新型节流阀抑制空化的效果研究[D]. 陈超.武汉科技大学 2016
[5]液压滑阀内部结构变形与流量泄漏研究[D]. 荣刚.浙江大学 2015
[6]液压节流阀内部空化流动特性的研究[D]. 龙正.中国矿业大学 2014
[7]有机—无机层合玻璃界面结构调控及其力学性能研究[D]. 刘望子.南昌航空大学 2014
[8]液压阀高速流场可视化测试系统开发[D]. 袁宝刚.浙江大学 2013
[9]脱硫浆液输送泵材料磨蚀性与泵性能关系的研究[D]. 王晓喆.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3366206
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
固体边界附近空化时的空泡形状变化图[26]
硕士学位论文9第2章空泡动力学2.1空化初生空化是指在液体流场内部或液固交界面上含有液体蒸气或空气的空穴(空泡)的出现、形成、发展和溃灭的过程，其发生在液体中，是液体独有的现象，本质是气/液相变或气体析出、溶解的过程。对于纯水而言是常温水体内部由于局部区域压力降低而发生的汽化和液化现象，对于液压油来说，是常温油液内部由于局部压力降低而发生的空气析出和溶解的现象，当空气刚从油液中析出时称为油介质的空化初生现象。图2.1展示了实验过程中的空化初生现象，其中图2.1a和图2.1b为相同角度下拍摄的不同油液流动状态的单帧图像，将图2.1a与图2.1b进行对比，可以发现图2.1a中的圆圈内存在小亮点，此亮点即为空化初生时的空化空泡，从图中可以看出空化初生发生在阀口处低压位置，其表现为：空化初生过程（气体析出）非常突然，空泡的溃灭过程（气体溶解）非常迅速，但整个空化过程并不剧烈。a)阀口处空化初生b)阀口处无空化图2.1空化初生现象图2.1中空化的发生可以被认为是液体在流动过程中被拉断了，断开的部分由气体来补充。假设纯净液体中两个分子之间的可变距离为，与分子之间作用力有关的特征势能与的关系如图2.2所示。在分子间距为x0处平衡，通常x0大约为10-10m。两分子间的引力=/，在分子间距为1时分子间作用力F达到最大，通常1/0约为1.1或1.2。在大部分液体或固体内部，分子间作用力F大约相当于体积膨胀率/0的1/3。由于>1时，分子间引力不足以抵消张力，因此应用与1处相关力相等的恒定张力能够完全使液体或固体断裂。液体和固体均具有可压缩性，其系数κ的范围通常为1010~1011kg/ms2，由于压力=(/0)，那么导致液体断裂的标准压力将会在-3×1010~-3×109kg/ms2之间，也就是说，在此基础上可以预估到液体和固体能够承受3×104~3
不同温度油液在液压V型阀口空化现象的可视化研究10也就是说即使当整体或全部的平均应力仍然是极限张力的1/100，某些点实际能承受的应力能够达到上文特定点预估的3×104~3×105个大气压的张力。图2.2分子间势能曲线对于液体，抗拉强度是由液体中的一些薄弱点所决定的。这些薄弱点可能是短暂且难以量化的，它们有可能是由一些微小的杂质引起的。由于薄弱点量化的困难和抗拉强度对应力作用时间的依赖，导致对抗拉强度的纯理论计算变得更加复杂。液体的抗拉强度至少可以通过空化和沸腾两种方式来体现：（1）液体在约为恒温的条件下通过降低压力来使液体产生断裂的过程称为空化。（2）液体在约为恒压的条件下通过升高温度来使液体发生断裂的过程称为沸腾。流道的表面粗糙度和流动中湍流强度也会对空化初生产生影响。表面粗糙度增加会使边界层的分离出现延迟，从而影响压力场和速度场的整体特性[28]。由于湍流的作用，旋涡中心的低压区会出现空化核，也就是湍流会影响空化初生，即在这种低压条件下本来可能不会发生空化，但是如果存在湍流，那么也能导致空化的发生，因此湍流可以促进空化。湍流也会改变流动分离的位置，引起速度场波动，因此会影响整个压力常由于表面粗糙度会影响湍流强度，因此这两种作用在某种程度上又是相互联系的。本实验模型流道的表面粗糙度≤0.4。2.2空化状态判断对于空化出现与否的判断是非常重要的。目前有两种方法：一种是根据空化产生的噪声判断，另一种是可视化观测。虽然噪声生成是一种比较简单的空化初生的测量方法，但这种方法没有可视化观测直观，而且受空化核数量影响较大。因此，本文选择可对流道进行实时观测的可视化方法，依据临界空泡存灭的发生频度来对空化现象进行判断。
【参考文献】：
期刊论文
[1]渐扩型流道空化特征的实验研究[J]. 赵鹏坤,林言丕,李清华,郑直. 液压气动与密封. 2020(03)
[2]水温对空化流动影响的数值研究[J]. 项乐,谭永华,陈晖,许开富. 推进技术. 2020(06)
[3]液压滑阀V型节流槽内部空化流动仿真分析[J]. 林言丕,赵鹏坤,李清华,郑直. 液压气动与密封. 2019(12)
[4]工程机械液压技术新趋势[J]. 朱耿寅,赵晓云,张乃健,金轲,余丽艳. 建筑机械化. 2019(11)
[5]液压阀口空气型空化周期特性的实验研究[J]. 郑直,赵鹏坤,闵为,冀宏. 西安交通大学学报. 2019(10)
[6]我国液压技术发展现状分析及展望[J]. 户艳. 液压气动与密封. 2019(07)
[7]低压下锥阀振荡空化的可视化试验研究[J]. 闵为,王东,郑直,欧培伟,冀宏. 机械工程学报. 2018(20)
[8]液压传动技术的发展及应用研究[J]. 生兆洲,王晓伟. 设备管理与维修. 2018(16)
[9]附着型空穴断裂及脱落机制的实验研究[J]. 王畅畅,黄彪,王国玉,张敏弟,高德明. 工程力学. 2017(10)
[10]基于Levernberg-Marquardt算法的动态磁性检测站磁定位方法研究[J]. 隗燕琳,陈敬超,李贵乙,王彦东,曾小军. 计算机测量与控制. 2017(09)
博士论文
[1]液压锥型节流阀的气穴热效应及噪声的研究[D]. 张健.哈尔滨工业大学 2014
[2]液压元件的可靠性设计和可靠性灵敏度分析[D]. 张天霄.吉林大学 2014
[3]液压节流阀中的空化流动与噪声[D]. 陆亮.浙江大学 2012
[4]液压阀口空化机理及对系统的影响[D]. 杜学文.浙江大学 2008
[5]液压阀芯节流槽气穴噪声特性的研究[D]. 冀宏.浙江大学 2004
硕士论文
[1]液压V型阀口空气型空化流动特征的可视化研究[D]. 赵鹏坤.兰州理工大学 2019
[2]液压锥形节流阀口气穴发光现象的研究[D]. 段博崧.哈尔滨工业大学 2019
[3]小型液压泵站储油单元热特性研究[D]. 余华进.安徽建筑大学 2019
[4]液压新型节流阀抑制空化的效果研究[D]. 陈超.武汉科技大学 2016
[5]液压滑阀内部结构变形与流量泄漏研究[D]. 荣刚.浙江大学 2015
[6]液压节流阀内部空化流动特性的研究[D]. 龙正.中国矿业大学 2014
[7]有机—无机层合玻璃界面结构调控及其力学性能研究[D]. 刘望子.南昌航空大学 2014
[8]液压阀高速流场可视化测试系统开发[D]. 袁宝刚.浙江大学 2013
[9]脱硫浆液输送泵材料磨蚀性与泵性能关系的研究[D]. 王晓喆.华北电力大学（北京） 2009
本文编号：3366206
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