液壓技術作為現(xiàn)代工業(yè)的重要組成部分,對我國經(jīng)濟發(fā)展和技術進步起了很大的促進作用,不可或缺。在液壓技術的實際使用過程中,在節(jié)流閥、滑閥等閥口處,尤其在小開度情況下,很容易產(chǎn)生空化現(xiàn)象,嚴重影響著液壓系統(tǒng)的控制精度,并伴有強烈的振動和噪聲。目前對于空化現(xiàn)象的研究多集中在水介質(zhì)上,對于以液壓油為介質(zhì)的空化研究又大多沒有考慮油溫對空化的影響。水介質(zhì)空化為相變過程的蒸汽型空化,油介質(zhì)空化為氣體析出的空氣型空化,在物理機理上有本質(zhì)的不同。本文對液壓閥口普遍存在的空氣型空化流動特征進行研究,可完善以液壓油為介質(zhì)的空化理論。針對液壓閥口空化現(xiàn)象和三維實驗模型對空化研究的不便,本文設計了可進側(cè)光二維實驗模型,運用可視化的實驗方法,研究了壓差和油溫對閥口空化的影響。實驗發(fā)現(xiàn),在液壓閥口處,隨油溫升高,達到空化初生的進出口壓差逐漸減小,且壓差變化量整體也呈減小趨勢。通過實驗記錄的不同油液溫度下達到相同空化初生現(xiàn)象所需要的壓差,采用曲線擬合數(shù)據(jù)點,得到了46號液壓油在298.2K時的本生溶解度為0.101。閥口處油液空化存在附著空化、云狀空化和霧狀空化,且附著空化存在回射流導致的周期性振蕩和與間斷面機制有關的... 

【文章來源】：蘭州理工大學甘肅省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

固體邊界附近空化時的空泡形狀變化圖[26]

碩士學位論文9第2章空泡動力學2.1空化初生空化是指在液體流場內(nèi)部或液固交界面上含有液體蒸氣或空氣的空穴(空泡)的出現(xiàn)、形成、發(fā)展和潰滅的過程，其發(fā)生在液體中，是液體獨有的現(xiàn)象，本質(zhì)是氣/液相變或氣體析出、溶解的過程。對于純水而言是常溫水體內(nèi)部由于局部區(qū)域壓力降低而發(fā)生的汽化和液化現(xiàn)象，對于液壓油來說，是常溫油液內(nèi)部由于局部壓力降低而發(fā)生的空氣析出和溶解的現(xiàn)象，當空氣剛從油液中析出時稱為油介質(zhì)的空化初生現(xiàn)象。圖2.1展示了實驗過程中的空化初生現(xiàn)象，其中圖2.1a和圖2.1b為相同角度下拍攝的不同油液流動狀態(tài)的單幀圖像，將圖2.1a與圖2.1b進行對比，可以發(fā)現(xiàn)圖2.1a中的圓圈內(nèi)存在小亮點，此亮點即為空化初生時的空化空泡，從圖中可以看出空化初生發(fā)生在閥口處低壓位置，其表現(xiàn)為：空化初生過程（氣體析出）非常突然，空泡的潰滅過程（氣體溶解）非常迅速，但整個空化過程并不劇烈。a)閥口處空化初生b)閥口處無空化圖2.1空化初生現(xiàn)象圖2.1中空化的發(fā)生可以被認為是液體在流動過程中被拉斷了，斷開的部分由氣體來補充。假設純凈液體中兩個分子之間的可變距離為，與分子之間作用力有關的特征勢能與的關系如圖2.2所示。在分子間距為x0處平衡，通常x0大約為10-10m。兩分子間的引力=/，在分子間距為1時分子間作用力F達到最大，通常1/0約為1.1或1.2。在大部分液體或固體內(nèi)部，分子間作用力F大約相當于體積膨脹率/0的1/3。由于>1時，分子間引力不足以抵消張力，因此應用與1處相關力相等的恒定張力能夠完全使液體或固體斷裂。液體和固體均具有可壓縮性，其系數(shù)κ的范圍通常為1010~1011kg/ms2，由于壓力=(/0)，那么導致液體斷裂的標準壓力將會在-3×1010~-3×109kg/ms2之間，也就是說，在此基礎上可以預估到液體和固體能夠承受3×104~3

不同溫度油液在液壓V型閥口空化現(xiàn)象的可視化研究10也就是說即使當整體或全部的平均應力仍然是極限張力的1/100，某些點實際能承受的應力能夠達到上文特定點預估的3×104~3×105個大氣壓的張力。圖2.2分子間勢能曲線對于液體，抗拉強度是由液體中的一些薄弱點所決定的。這些薄弱點可能是短暫且難以量化的，它們有可能是由一些微小的雜質(zhì)引起的。由于薄弱點量化的困難和抗拉強度對應力作用時間的依賴，導致對抗拉強度的純理論計算變得更加復雜。液體的抗拉強度至少可以通過空化和沸騰兩種方式來體現(xiàn)：（1）液體在約為恒溫的條件下通過降低壓力來使液體產(chǎn)生斷裂的過程稱為空化。（2）液體在約為恒壓的條件下通過升高溫度來使液體發(fā)生斷裂的過程稱為沸騰。流道的表面粗糙度和流動中湍流強度也會對空化初生產(chǎn)生影響。表面粗糙度增加會使邊界層的分離出現(xiàn)延遲，從而影響壓力場和速度場的整體特性[28]。由于湍流的作用，旋渦中心的低壓區(qū)會出現(xiàn)空化核，也就是湍流會影響空化初生，即在這種低壓條件下本來可能不會發(fā)生空化，但是如果存在湍流，那么也能導致空化的發(fā)生，因此湍流可以促進空化。湍流也會改變流動分離的位置，引起速度場波動，因此會影響整個壓力常由于表面粗糙度會影響湍流強度，因此這兩種作用在某種程度上又是相互聯(lián)系的。本實驗模型流道的表面粗糙度≤0.4。2.2空化狀態(tài)判斷對于空化出現(xiàn)與否的判斷是非常重要的。目前有兩種方法：一種是根據(jù)空化產(chǎn)生的噪聲判斷，另一種是可視化觀測。雖然噪聲生成是一種比較簡單的空化初生的測量方法，但這種方法沒有可視化觀測直觀，而且受空化核數(shù)量影響較大。因此，本文選擇可對流道進行實時觀測的可視化方法，依據(jù)臨界空泡存滅的發(fā)生頻度來對空化現(xiàn)象進行判斷。

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本文編號：3366206