阀芯运动过程液压滑阀内部流场的CFD计算

论文摘要

液压滑阀是液压控制系统的重要基础元件,其作用是控制液压系统中流体流动的方向和流量。滑阀内的流场特性直接影响阀的性能,特别是滑阀阀芯在运动过程中的流动特性,对滑阀的工作性能有很大的影响。论文以液压滑阀为研究对象,采用CFD方法,分别对滑阀在进口节流和出口节流两种工况下,阀芯静止和阀芯运动两种状态下,不同的阀芯运动速度下,滑阀内的流场分布进行了仿真研究。具体内容有:1.采用Pro/E软件,按照滑阀的实际结构和参数,结合计算数学模型的可行性,建立了滑阀的三维几何模型,并运用前处理器软件Gambit进行网格划分。2.对滑阀阀芯在不同的运动状态下,内部的流场进行了可视化的分析。阀芯运动状态的瞬态仿真采用动网格技术,利用UDF功能,定义了阀芯在开启和闭合两种情况下的不同阀芯速度。比较了滑阀在不同的运动状态下,滑阀内的流线图,速度分布,湍动能分布和压力分布及变化趋势,对定性分析滑阀内能量损失、噪声以及对滑阀的结构和流道的设计有实际的指导意义。3.在仿真结果的基础上,对进口节流式滑阀和出口节流式滑阀的在不同的运动状态下,不同的阀芯运动速度下,阀芯壁面上的压力分布、阀芯所受的稳态液动力和瞬态液动力、阀杆上受到的径向不平衡力以及流量系数进行了分析。研究发现,阀芯受到的瞬态液动力在小开口度,大流量,高的阀芯运动速度下,值较大。另外,由于滑阀流道和阀体的不对称性,阀杆上受到的径向不平衡力,也不能简单的用平衡槽平衡掉。所以在对液压滑阀进行设计计算时,必须考虑他们的影响。研究工作为滑阀的设计和性能优化提供了依据。本课题是国家自然科学基金“液压阀液动力补偿方法、计算公式的完善及应用研究”中的研究内容,基金项目批准号:50675147。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 液压流体力学的发展状况
• 1.2 计算流体力学及其在液压技术中的作用
• 1.3 CFD在液压阀中的应用
• 1.3.1 应用CFD软件对液压阀内流场的可视化分析
• 1.3.2 CFD技术在水压阀中的应用
• 1.3.3 应用CFD技术对液压阀进行的受力分析
• 1.3.4 国外的主要研究内容
• 1.4 课题的主要研究内容
• 1.4.1 选题的意义和目的
• 1.4.2 本课题的主要研究内容和应用方法
• 第二章 计算流体动力学相关内容
• 2.1 计算流体动力学
• 2.1.1 计算流体动力学的概念和特点
• 2.1.2 计算流体力学的工作步骤
• 2.1.3 流体动力学的基本控制方程
• 2.2 主要数值计算方法的简介
• 2.2.1 有限差分法和有限元法
• 2.2.2 有限体积法
• 2.3 湍流理论
• 2.3.1 湍流特性
• 2.3.2 湍流模型
• 2.4 Fluent软件介绍
• 2.4.1 Fluent软件
• 2.4.2 UDF功能
• 2.4.3 动网格理论
• 第三章 三维滑阀模型稳态/动态仿真分析
• 3.1 概述
• 3.2 几何建模
• 3.2.1 Pro/E建立几何模型
• 3.2.2 使用Gambit软件划分网格
• 3.3 计算条件和边界条件
• 3.3.1 计算条件
• 3.3.2 边界条件
• 3.4 滑阀稳态和动态条件下的速度场的仿真结果比较
• 3.4.1 进口节流式滑阀的速度场的比较
• 3.4.2 出口节流式滑阀的速度场的比较
• 3.5 滑阀稳态和动态条件下的压力场的仿真结果比较
• 3.5.1 进口节流式滑阀的压力场的比较
• 3.5.2 出口节流式滑阀的压力场的比较
• 3.6 本章小结
• 第四章 三维滑阀模型受力分析
• 4.1 概述
• 4.2 稳态和瞬态液动力的分析比较
• 4.2.1 动量定理
• 4.2.2 动量定理在滑阀中的应用
• 4.2.3 稳态液动力的理论分析和仿真计算的比较
• 4.2.4 瞬态液动力的理论计算和仿真结果的比较
• 4.3 阀杆受到的径向力的分析
• 4.4 流量系数
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文