液壓技術是實現現代化傳動與控制的關鍵技術之一,隨著科技的發(fā)展,對液壓系統(tǒng)中閥件的性能要求會越來越高。液壓錐閥作為液壓傳動與控制中一種重要的基礎性元件,具有密封性好,過流能力強,響應快,抗污染能力強,結構簡單等特點。但錐閥在工作時流體的流動狀況是很復雜的,液體經過閥口時容易產生漩渦,不可避免的會發(fā)生氣穴現象,影響閥的性能,同時液動力也是影響閥性能的主要因素。因此研究液壓閥的氣穴現象和液動力對于提高閥的性能有著重要的意義。論文以純水為介質的復雜流道的錐閥和普通錐閥作為具體的研究對象,利用Fluent進行流場仿真時單向流模型由于忽略氣穴現象導致的流體某些參數的變化,不能準確的模擬流場,所以采用三維兩相數值模擬和試驗驗證相結合的方式進行了可視化研究,以不同的閥芯幾何結構和不同的閥芯開口作為主要研究的影響因素,來尋求氣泡產生的位置和數量的影響規(guī)律。針對液壓錐閥的特點,建立不同閥芯開口閥的流場三維模型,進行網格劃分,采用兩相流模型、氣穴模型和標準k-?湍流模型,得到了流場的壓力場、速度場、氣體體積分數的分布云圖,分析了邊界條件和關鍵幾何結構尺寸對錐閥氣穴的影響特點和規(guī)律,發(fā)現氣穴現象發(fā)生在流場最低壓力區(qū)域。發(fā)現邊界條件對錐閥氣穴有顯著的影響,進口壓力降低,會使低壓區(qū)域減小,壓降減小,氣穴減弱,反之則會使氣穴增強;閥芯開口越大,閥口流通面積越大,流速下降,壓降減小,從而氣穴減弱甚至完全被抑制;閥芯錐角對氣穴有顯著的影響,當錐角減小時會減弱氣穴現象,對于平底的閥芯錐閥更容易產生氣穴;相同條件下,內流式錐閥比外流式錐閥更容易氣穴。設計氣穴現象及液動力測試的試驗臺,采用具有良好透明性的有機玻璃材料制造閥塊,并應用高速攝像機拍攝閥內氣泡和氣穴的產生、發(fā)育及潰滅過程。從內流式和外流式兩種工況入手,得出不同工況下氣穴現象的區(qū)域以及發(fā)生的程度,驗證了仿真的可行性和準確性。還得出以下結論:隨著閥芯開口的增大,發(fā)生氣穴的區(qū)域會往接近出口處轉移。由于液動力的存在會使錐閥的輸入信號與閥芯位移呈現不確定關系,而且造成液壓閥的不穩(wěn)定性,影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。通過對錐閥閥芯錐面壓力進行計算可得閥芯所受穩(wěn)態(tài)液動力。在試驗過程中應用力傳感器對閥芯所受的力進行采集。
【學位單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TH137.52
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究目的和意義
    1.2 氣穴及氣泡現象研究現狀
        1.2.1 氣穴氣泡形成機理
        1.2.2 空泡特征及空化破壞
        1.2.3 氣液兩相流的研究概述
        1.2.4 液壓元件及系統(tǒng)中氣穴的研究概述
    1.3 液壓閥液動力研究現狀
    1.4 論文主要內容
第二章 閥內部流場數值分析
    2.1 數值分析的計算模型
        2.1.1 Fluent簡介
        2.1.2 計算模型
        2.1.3 網格劃分及邊界條件
    2.2 流場計算數學模型
        2.2.1 氣泡動力學分析
        2.2.2 連續(xù)性方程
        2.2.3 標準k-ε湍流模型
        2.2.4 多相流氣穴模型
    2.3 復雜流場仿真計算與分析
        2.3.1 不同閥芯閥芯開口下的流場CFD模擬
        2.3.2 不同壓力下流場的CFD模擬
    2.4 普通錐閥的CFD仿真
        2.4.1 內流式錐閥的流場的CFD模擬
        2.4.2 外流式錐閥的流場的CFD模擬
    2.5 本章小結
第三章 試驗原理及研究方法
    3.1 試驗系統(tǒng)的設計
    3.2 可視化液壓閥的設計
    3.3 試驗臺的搭建
        3.3.1 液壓元件的選擇
        3.3.2 試驗系統(tǒng)的搭建
    3.4 本章小結
第四章 液壓閥試驗結果分析
    4.1 氣穴及液動力的主要影響因素
    4.2 氣穴現象試驗結果分析
        4.2.1 不同閥芯開口對氣穴的影響
        4.2.2 不同結構對氣穴的影響
    4.3 穩(wěn)態(tài)液動力的分析
    4.4 本章小結
第五章 總結與展望
    5.1 課題總結
    5.2 課題展望
參考文獻
致謝
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文

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本文編號：2872469