【摘要】：隨著液壓技術(shù)的發(fā)展,對(duì)主要液壓控制元件(伺服閥、比例閥)的性能要求越來(lái)越高,而氣穴、液動(dòng)力、流量特性等是影響其性能的主要因素。采用流場(chǎng)仿真軟件分析液壓閥流場(chǎng)并研究氣穴、液動(dòng)力、流量特性等問(wèn)題有助于液壓閥性能的優(yōu)化�，F(xiàn)今的仿真研究中主要采用二維、單相流模型對(duì)閥內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行分析,分析中假設(shè)液壓閥結(jié)構(gòu)對(duì)稱,然而由于進(jìn)出流道的影響,一般的液壓閥都不具有中心對(duì)稱結(jié)構(gòu),因而用二維模型描述三維結(jié)構(gòu)使得仿真誤差較大。單相流模型具有計(jì)算時(shí)間短、易收斂等優(yōu)點(diǎn),然而由于其忽略了氣穴現(xiàn)象導(dǎo)致的相變引起流體密度等參數(shù)的變化,不能準(zhǔn)確模擬氣穴流場(chǎng)。 論文以液壓比例閥、伺服閥中常用的閥套上開(kāi)節(jié)流槽的大通徑液壓滑閥為具體研究對(duì)象,運(yùn)用三維兩相流數(shù)值仿真、理論分析、試驗(yàn)研究相結(jié)合,對(duì)非全周開(kāi)口液壓滑閥內(nèi)流、外流工況下的流場(chǎng)進(jìn)行分析。主要針對(duì)氣穴現(xiàn)象、穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力、流量特性進(jìn)行了深入研究。發(fā)現(xiàn)大流量、小閥口開(kāi)度、小出口壓力會(huì)促使內(nèi)、外流式滑閥氣穴的發(fā)生;提出臨界開(kāi)度的概念,內(nèi)流式滑閥的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力在開(kāi)度達(dá)到臨界開(kāi)度時(shí)使閥口趨于開(kāi)啟;提出一種對(duì)整個(gè)壁面壓力分布進(jìn)行測(cè)量的方法,并通過(guò)表面積分得到滑閥穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力。該方法對(duì)于高壓、高速、小尺寸復(fù)雜閥內(nèi)流場(chǎng)檢測(cè)具有普適性;在對(duì)流量系數(shù)的研究中發(fā)現(xiàn),小開(kāi)度時(shí)壓差對(duì)于流量系數(shù)的影響較大,流量系數(shù)隨著閥口開(kāi)度的增大有增大的趨勢(shì)。研究成果對(duì)于液壓閥的設(shè)計(jì)與控制具有較大的理論價(jià)值和顯著的工程實(shí)用性。 本課題得到國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目(51175362)、山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(20140321008-02)的資助。 論文研究的主要內(nèi)容如下: (1)首先闡述了本課題研究的目的和意義;其次對(duì)國(guó)內(nèi)外液壓閥的研究現(xiàn)狀、發(fā)展概況進(jìn)行了介紹;之后綜述了液壓閥氣穴、液動(dòng)力、流量特性的研究進(jìn)展;然后簡(jiǎn)述了流場(chǎng)仿真技術(shù)及其測(cè)試技術(shù)在液壓中的應(yīng)用情況;最后概括本文的主要研究?jī)?nèi)容。 (2)介紹了課題研究的理論基礎(chǔ)。并用gambit軟件建立了所研究滑閥的三維模型,并對(duì)其進(jìn)行了網(wǎng)格劃分,分別用單相流模型與兩相流模型仿真分析了所研究滑閥的流場(chǎng),提出單相流模型由于忽略了氣穴現(xiàn)象對(duì)于流體密度及其流場(chǎng)的影響,不能準(zhǔn)確模擬氣穴流場(chǎng),進(jìn)一步提出采用兩相流模型模擬氣穴流場(chǎng)的必要性。 (3)論文對(duì)液壓閥的內(nèi)流、外流兩種工況,進(jìn)行了深入研究。研究中首先對(duì)仿真中研究的每個(gè)閥口開(kāi)度建立對(duì)應(yīng)的三維模型,并劃分網(wǎng)格,采用兩相流模型+氣穴模型+rng(renormalizationgroup)湍流模型,仿真分析了內(nèi)、外流式非全周開(kāi)口滑閥流量、閥口開(kāi)度、出口壓力對(duì)其流場(chǎng)的影響,利用得到的速度矢量圖、壓力分布圖、氣相體積分布云圖等分析內(nèi)、外流式非全周開(kāi)口滑閥的氣穴現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)氣穴現(xiàn)象在流場(chǎng)的最低壓力區(qū)域發(fā)生。內(nèi)流式滑閥的氣穴發(fā)生在閥腔內(nèi)靠近入口位置的閥芯壁面附近,外流式滑閥的氣穴發(fā)生在閥口下游處,同樣條件下,外流式氣穴更嚴(yán)重。氣穴區(qū)域隨著流量的增大、閥口開(kāi)度的減小、出口壓力的減小而增大。提出了一種壁面壓力分布的測(cè)量方法,測(cè)量所得壁面壓力分布的最低壓力區(qū)域?qū)?yīng)其氣穴發(fā)生的位置及區(qū)域。在在流量恒定,出口壓力較小時(shí),內(nèi)、外流式滑閥流量系數(shù)時(shí),隨出口壓力的增大而增大;外流式滑閥流量系數(shù)與內(nèi)流式滑閥流量系數(shù)并不相同。傳統(tǒng)上將流量系數(shù)取固定值不完全合理。 (6)總結(jié)了本論文的研究?jī)?nèi)容及其獲得的成果,展望未來(lái)的研究工作。 論文的研究成果進(jìn)一步完善了有關(guān)液壓閥流體力學(xué)的基本理論,分析了閥套上開(kāi)節(jié)流槽的非全周開(kāi)口滑閥的氣穴現(xiàn)象、穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力、流量系數(shù)特性。研究成果及方法可用于指導(dǎo)液壓閥的設(shè)計(jì)及控制,其理論價(jià)值和工程實(shí)用性是顯著的。
【圖文】：

31（b）閥芯 （c）閥套圖 2-1 滑閥及部分零件結(jié)構(gòu)圖Fig. 2-1 Slide valve and parts structure2.2.2 網(wǎng)格劃分與計(jì)算采用GAMBIT 軟件對(duì)所研究滑閥內(nèi)部閥腔進(jìn)行建模及網(wǎng)格劃分，為了使計(jì)算容易收斂，對(duì)模型分區(qū)域劃分網(wǎng)格，，大部分區(qū)域采用六面體網(wǎng)格，部分區(qū)域采用混合網(wǎng)格。經(jīng)試算比較，單元?jiǎng)澐志葷M足分析要求。所研究模型為非全周滑閥，受進(jìn)出流道的影響，流動(dòng)并不滿足中心對(duì)稱，不能用二維模型簡(jiǎn)化分析�？紤]到其三維模型結(jié)構(gòu)具有面對(duì)稱的特點(diǎn)，因而只需對(duì)半剖模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。因?yàn)樵谌肟诤统隹诓糠謮毫ψ兓淮�，采用較粗網(wǎng)格；閥口部分，由于速度和壓力梯度較大，且存在漩渦，流動(dòng)較為復(fù)雜，對(duì)

太原理工大學(xué)博士研究生學(xué)位論文相體積百分比也會(huì)產(chǎn)生變化，其大小會(huì)影響到混合密度，影響流氣穴現(xiàn)象引起的流體密度及流場(chǎng)變化，導(dǎo)致結(jié)果偏離實(shí)際。因此，內(nèi)流場(chǎng)，應(yīng)采用兩相流模型對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行分析。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH137.52

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 方文敏;成琳琳;傅新;周華;楊華勇;;帶U形節(jié)流槽的滑閥穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力研究[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2010年03期

2 張海平;;糾正一些關(guān)于穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)[J];液壓氣動(dòng)與密封;2010年09期

3 李松年;葛思華;王佑民;史維祥;;滑閥穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力補(bǔ)償新技術(shù)及其應(yīng)用[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);1986年05期

4 劉桓龍;洪威;王國(guó)志;晏靜江;;錐閥芯穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力補(bǔ)償研究[J];機(jī)床與液壓;2013年19期

5 段少帥;姚平喜;張恒;;滑閥穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力產(chǎn)生原因與補(bǔ)償方法[J];流體傳動(dòng)與控制;2010年03期

6 曾祥榮;宋陶陶;;穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力補(bǔ)償型單級(jí)溢流閥及其試驗(yàn)研究[J];機(jī)床與液壓;1984年06期

7 李傳明;宋沖;;不完整閥腔結(jié)構(gòu)滑閥穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力的理論探討[J];煤礦機(jī)械;2013年06期

8 郜立煥;水清皎;劉錦陽(yáng);鄭吉;;電液比例調(diào)速閥節(jié)流閥芯穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力分析[J];機(jī)床與液壓;2013年13期

9 馬六成;;差動(dòng)式單級(jí)溢流閥的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力補(bǔ)償[J];機(jī)械工程師;1986年05期

10 付永領(lǐng),宋國(guó)彪,裴忠才,王占林;新型直接驅(qū)動(dòng)伺服閥的穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力分析[J];機(jī)床與液壓;1998年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張曉俊;液壓滑閥內(nèi)部流場(chǎng)可視化仿真研究及試驗(yàn)測(cè)試[D];太原理工大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 李俊;大流量水壓閥流場(chǎng)仿真分析[D];華中科技大學(xué);2016年

2 房小立;基于CFD有限元法的滑閥穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力研究[D];武漢科技大學(xué);2012年

3 李雄;U形槽滑閥閥口特性及穩(wěn)態(tài)液動(dòng)力研究[D];武漢科技大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2519150