交流液压系统管道特性及流场分析

论文摘要

油液在管道内以往复振动的形式传递功率和信号的交流液压系统常见于矿山、冶金、建筑、制造、科学试验等工业设备中。交流液压技术的出现使液压技术发展到了一个新的台阶,并将成为促进机械自动化的先进技术之一。但是交流液压系统及其管道理论上非常不成熟,尚没有精确的数学模型,系统参数计算十分困难。本文依托国家自然科学基金资助的“交流液压理论及其关键技术研究”课题(项目编号:50775075),推导了基于分布参数法的交流液压系统管道四端网络模型,并对管道模型在频域的动态特性、谐振和效率进行了较为详细的分析,然后对单相交流液压试验系统进行了相关研究。通过适当简化试验系统后,绘制了该系统的分段集中参数功率键合图,并推导了系统的状态方程。根据状态方程,利用Simulink软件子封装技术建立了系统的仿真模型,通过设置合理的参数进行仿真得到了系统的速度、压力和位移曲线,验证了数学模型的适用性和可行性。而后通过改变封装系统的频率、管道长度和管道内径等参数值,得出了这些参数对交流液压管道传输效率和相位等特性的影响规律。最后,根据各种不同形状管道(包括直管、突变管、T型管和90°弯管)的特征,利用Pro/E软件对液压管道内振动的流体区域进行建模,利用ANSYS ICEM进行网格划分,利用CFX模块进行求解域物理条件定义、求解和结果处理,得出了流体流经各种管道的压力分布图和速度矢量分布图,分析了流体在不同的频率下流经各种不同形状管道时的速度和压力流场特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 交流液压技术概况
• 1.1.1 国内外交流液压技术的应用和发展
• 1.1.2 国内外交流液压技术的研究动态
• 1.2 选题的背景和意义
• 1.2.1 选题背景
• 1.2.2 选题的目的和意义
• 1.3 研究内容和研究方法
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方法
• 第二章 交流液压系统管道理论及其特性分析
• 2.1 交流液压系统概述
• 2.1.1 交流液压系统的分类及工作原理
• 2.1.2 交流液压系统的优缺点及应用范围
• 2.2 交流液压系统管道流动的基础理论
• 2.2.1 系统管道流动的基础方程
• 2.2.2 系统管道流动的支配方程
• 2.2.3 系统管道的数学模型及解法概述
• 2.2.4 基于分布参数法的系统管道四端网络模型
• 2.3 交流液压管道动态特性及谐振条件分析
• 2.4 交流液压系统管道传递效率分析
• 2.5 交流液压系统管道特性试验研究
• 2.5.1 交流液压系统的管道特性试验原理
• 2.5.2 系统设计参数
• 2.5.3 交流液压管道压力传递特性
• 2.5.4 系统管道传递效率
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于功率键合图的交流液压系统管道模型和仿真
• 3.1 功率键合图方法
• 3.1.1 功率键合图的特点
• 3.1.2 功率键合图的组成和符号
• 3.1.3 功率键合图各键因果关系确定
• 3.1.4 利用功率键合图导出状态方程的步骤
• 3.2 基于键合图法的交流液压系统及管道建模
• 3.2.1 建模时所考虑的主要因素
• 3.2.2 交流液压系统及管道模型
• 3.3 基于Simulink的仿真模型建立
• 3.3.1 Simulink系统仿真技术简介
• 3.3.2 交流液压系统管道模型的建立
• 3.4 系统模型仿真结果分析
• 3.4.1 初始参数下的仿真结果分析
• 3.4.2 系统参数对管道动态特性的影响分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 管道内部流场计算模型的建立和求解
• 4.1 管道流场计算模型建立的一些说明
• 4.2 管道流体计算网格的生成
• 4.2.1 ANSYS ICEM的特点
• 4.2.2 网格类型
• 4.2.3 ICEM划分网格的过程
• 4.3 ANSYS CFX中物理条件的定义
• 4.3.1 网格的导入和检查
• 4.3.2 仿真类型和求域的设置
• 4.3.3 边界条件的设置
• 4.3.4 求解控制
• 4.3.5 输出控制
• 4.4 求解过程
• 4.5 本章小结
• 第五章 交流液压管道内部流场分析
• 5.1 直管流场分析
• 5.1.1 系统频率对管道特性的影响
• 5.1.2 管道长度对管道特性的影响
• 5.2 突变管流场分析
• 5.3 T型三通分流管流场分流
• 5.4 T型三通合流管流场分析
• 5.5 90°弯管流场分析
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 研究工作总结
• 研究工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢