收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于管网液流特性仿真的液压集成块优化设计

张宏  
【摘要】: 发展液压阀的集成配置,是典型液压系统实现集成化和标准化的普遍要求。液压集成块作为阀类元件的承装载体,是集成式液压系统中最关键的零部件之一。纵观国内外的研究现状,液压集成块的设计工作主要是以满足内部连通要求和外部阀类元件布局要求为主的结构设计,但随着工业技术的不断发展,系统对机器性能要求也日益提高。对于液压集成块这种由复杂管网构成的连通载体,内部的液流流动状态将直接影响到整个液压系统的能量损失及运动特性。本文针对这种情况,从研究液流在液压集成块内流动机理出发,探讨液压集成块管内流道结构参数对液流流动性能的影响因素,从而对液压集成块的结构设计进行改进,使设计出的集成块块体不但能满足系统的连通安装要求,而且还能实现性能的匹配,达到集成块结构优化设计在更高性能品质基础上实施的目的。本文应用计算流体动力学(CFD)的方法首次从液压集成块液流流动特性的角度出发,探讨集成块的结构优化设计问题,研究内容与成果包括: 根据液压集成块内管网结构特点及承装元件的执行功能,本文提出在圆柱坐标系下建立适用动静态分析的定常流与非定常流流动的三维耦合数学模型。该模型将管网内的液流分为定常流与非定常流,对定常流中紊流的瞬态Navier-Stokes方程做时间平均化处理,同时引入关于紊动能k和耗散率ε的低Re数k-ε方程;在非定常流流动中,在考虑液流粘性的同时将与时间相关的运动方程加载到耦合模型当中去。该模型的建立为流场仿真计算奠定数学基础。文中对耦合模型采用有限体积法进行离散并采用SIMPLE算法进行数学模型的求解。 本文通过前期研究成果得到的项目数据库,采用面向对象的方法,驱动生成管网三维结构实体(即流动区域),并对管网结构实体采用基于贴体坐标的分块式结构化网格进行离散。在重点求解区域用网格加密的方式提高模型求解质量。结构实体的建立和网格的自动生成为求解上述数学模型即控制方程,建立管网仿真的平台系统提供了保障。 在全面总结液压集成块外部元件的执行功能,以及管网中油口的复杂性特点的基础上,经过深入分析,给出了边界条件的求解规则,并提出采用基于规则的启发式算法进行油口的辨识与边界给定的策略。结果表明,该算法按照规则集的搜索方向,在解空间中能找到一组保证油口单一边界条件、满足油液流动顺序、符合外装阀类元件执行机能的边界条件组。 上述研究内容为液压集成块管网的CFD数值模拟提供了技术保障,应用计算流体动力学(CFD)全面系统地对液压集成块内部常见的典型流道进行了模拟研究,首次提出了从液流特性的角度进行液压集成块优化设计的方法。通过对液压集成块内典型流道液流特征(速度、流线、流动的分离与再附壁,旋涡的产生与消失等)的数值模拟,得出了液压集成块内典型流道结构形式对液阻性能的影响规律:①具有单向流动特征的单一管网,应尽量满足刀尖角与主液流方向相对的流道结构形式实现管路的连通;②应取所需要连通的管路当中管径最大者为工艺孔直径,即d_(工艺孔)=max{d_1,d_2…d_n},其中n为需要用同一个工艺孔连通的管路数目;③垂直连通的两条管路之间偏心距应满足σ<0.8d;④对于Z字型管路,两平行管路的中心距离l与连通两管路的管路管径d之比应满足:l/d≠1.5;⑤对于Π字型管路,两平行管路的中心距离应满足:l=(?),其中δ_0为安全壁厚,d为连通管路的管径。⑥当有可能采用精密铸造方法加工液压集成块时,推荐直角转弯的圆弧过渡半径满足关系式:r_0/b_0=R_0/b_0+0.65。进而确立了从性能角度进行液压集成块二次设计问题的评价目标和调改规则,将管网的性能优化设计嵌入到前期的液压集成块结构优化设计中去,最终实现结构设计与性能设计融为一体的液压集成块总体优化设计。 在全面深入地了解液压集成块管网模拟仿真过程以及液流流动特性的基础上,应用Visual C++对CFD软件Fluent进行了二次开发,成功实现了基于液流特性仿真的液压集成块自动优化设计。该系统主要由四个模块构成,即项目数据模块、边界条件模块、网格生成模块和评价规则模块。将该设计系统嵌入到课题组前期开发的基于智能优化的结构设计系统,即可构成一套具备结构优化与性能优化且效率较高的液压集成块自动优化设计平台。最后,针对典型液压集成系统工程实例进行了设计,取得了令人满意的效果,使该系统的实用性与本文方法的可行性得到了较充分的验证。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张宏;田树军;刘万辉;贾春强;;基于CFD的液压集成块典型流道液阻仿真研究[J];中国机械工程;2007年18期
2 张应利,蔡世彪,梁敏超,袁永和,张劲松;液压集成块计算机辅助校孔与绘图[J];机械开发;1995年01期
3 王积伟,叶冰,王晓峻,孙广能;应用数据结构设计液压集成块[J];机床与液压;1996年03期
4 王益群,尹红霞;液压集成块的研究与开发[J];机床与液压;2001年05期
5 熊壮,喻道远,段正澄;液压集成块内部孔系的自动校验[J];机床与液压;1998年05期
6 赵葛霄,司徒忠,贺继钢,吕文阁;液压集成块CAM系统开发研究[J];机床与液压;2000年06期
7 姚平;液压集成块技术在设备改造中的应用[J];矿山机械;2001年07期
8 代宝江,高艳明,张永利,冯毅,田树军;采用遗传算法进行液压集成块的自动优化设计[J];机床与液压;2005年04期
9 张永利,高艳明,代宝江,冯毅,田树军;面向液压集成块设计的液压元件数据库与图形库[J];机床与液压;2004年12期
10 田树军,李利,冯毅;液压集成块孔道网络优化设计[J];大连理工大学学报;2003年03期
11 杜经民;蔡保全;李宝仁;;某系统液压集成块流道液流特性分析[J];机床与液压;2010年13期
12 盛佩华,卢醒庸;液压集成块CAD中的两个智能程序及其算法[J];上海第二工业大学学报;1990年01期
13 耿国卿;自制液压集成块[J];机械工人.冷加工;1993年05期
14 周惠友,钟廷修;液压集成块路径优化设计[J];上海交通大学学报;2001年12期
15 郭捷,朱世和,郭津津;液压集成块CAD系统的研究与设计[J];天津理工学院学报;2001年03期
16 冯毅,李利,田树军;液压集成块虚拟设计系统建模技术研究[J];机床与液压;2002年05期
17 苏东海,王洁,陈代隆,李增华;液压集成块孔道计算机自动检测[J];沈阳工业大学学报;1998年04期
18 陈凌珊,吴百海,张建军,滕召旗;交互式液压集成块的CAD软件研究[J];机电工程技术;1999年04期
19 赵葛霄,贺继钢,司徒忠;液压集成块智能化设计系统应用研究[J];机床与液压;2000年01期
20 郭津津,朱世和,董黎敏,史津平;基于三维实体液压集成块设计系统[J];机械设计;2001年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杜经民;蔡保全;李宝仁;;某系统液压集成块流道液流特性分析[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
2 孔川;;浅论区域管网安全供气[A];中国城市燃气管网安全运行技术研讨会交流材料[C];2011年
3 何宜兵;;加强管网安全检查 切实保障管网安全运行[A];中国城市燃气管网安全运行技术研讨会交流材料[C];2011年
4 ;武汉安全工作实践[A];中国城市燃气协会安全管理工作会议暨典型事故案例分析交流会大会文集[C];2010年
5 郭春;杨小凤;赵洋;;应用CFD技术对冬季空调房间气流模拟分析[A];全国暖通空调制冷2004年学术年会资料摘要集(2)[C];2004年
6 赵福云;汤广发;刘娣;张泠;王汉青;;CFD数值模拟的反馈及其实现新思路[A];全国暖通空调制冷2004年学术年会资料摘要集(1)[C];2004年
7 江向阳;冯国会;宁经洧;于水;周振峰;郭振红;;城市管网震后可及性分析探讨[A];全国暖通空调制冷2008年学术年会论文集[C];2008年
8 周惠友;郭海英;钟廷修;;液压集成块的虚拟设计[A];第一届全国流体动力及控制工程学术会议论文集[C];2000年
9 朱建州;马晖扬;;激波/边界层干扰流动中多尺度湍流模式的应用[A];计算流体力学研究进展——第十一届全国计算流体力学会议论文集[C];2002年
10 孙军军;常丽;;阻力平衡器在除尘管网中的应用[A];全国暖通空调制冷2008年学术年会资料集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张宏;基于管网液流特性仿真的液压集成块优化设计[D];大连理工大学;2007年
2 李光;液压集成块集成化智能化设计理论与方法[D];天津大学;2012年
3 王永安;液压集成块性能评估系统关键技术研究[D];大连理工大学;2009年
4 曹宇宁;液压集成块智能校验系统理论与关键技术研究[D];大连理工大学;2009年
5 李利;液压集成块智能优化设计理论与方法研究[D];大连理工大学;2002年
6 梁栋科;血管内支架的加工及其力学性能的分析与评价[D];大连理工大学;2006年
7 刘万辉;液压集成块CAD/CAM集成系统理论与开发技术研究[D];大连理工大学;2007年
8 白丹;给水输配水管网系统优化设计研究[D];西安理工大学;2003年
9 李云开;滴头分形流道设计及其流动特性的试验研究与数值模拟[D];中国农业大学;2005年
10 高卫国;液压集成块设计过程建模理论、方法及应用研究[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪建波;船舶锚机液压集成块设计研究[D];大连海事大学;2010年
2 蔡保全;某装备液压集成块流道液流特性分析及优化设计[D];华中科技大学;2011年
3 傅玉芬;城市供水管网漏损控制[D];天津大学;2004年
4 骆升;城市大口径给水管道爆管对策措施[D];浙江工业大学;2012年
5 杨艺;基于GIS的移动通信管网信息系统研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
6 曹广福;本钢给水管网管理系统研究[D];辽宁工程技术大学;2004年
7 于美玉;多品种原油管网运输调度问题研究[D];中国石油大学;2011年
8 张荃莹;基于GIS的城市供水管网优化设计与应用[D];电子科技大学;2013年
9 迟海燕;城市供水管网氯的优化配置[D];天津大学;2004年
10 白旭东;双热源供热系统可靠性研究[D];河北工程大学;2013年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 张立岩徐海云;中石油油气管网增输降耗成效显著[N];经济日报;2008年
2 蒋庆廖通才;实现管网调峰[N];中国石化报;2008年
3 本报记者 张楠;中石油“发难”煤层气管网建设[N];中国证券报;2010年
4 记者 王在标;做好管网入户各方面服务工作[N];云南政协报;2010年
5 万碧海;水钢水电厂获水钢安全、环保先进双荣誉称号[N];六盘水日报;2008年
6 南方周末特约撰稿 张晴 南方周末记者 孟登科 南方周末实习生 沈念祖;管不住的水管?[N];南方周末;2011年
7 赵晏彪;中石油加快建设成品油管网[N];中国化工报;2004年
8 记者 钟和;住房和城乡建设部:进一步做好防范自然灾害工作[N];中华建筑报;2009年
9 本报记者 王清波;北京交管网:微笑面对奥运“大考”[N];人民公安报;2008年
10 记者 胡德沛;非管网技术气化九寨沟[N];中国石油报;2001年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978