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《浙江大学》 2003年
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溢流阀阀口气穴与气穴噪声的研究

高红  
【摘要】:气穴是液压系统中常见的一种有害现象,经常发生在阀口附近。不仅破坏 了流体的连续性、降低了介质的物理特性,而且引起振动和噪声。同时系统效 率降低,动态特性恶化。近年来随着纯水液压技术的发展,气穴及其引起的气 蚀问题变得尤为突出,直接影响到阀的性能与寿命。因此,为了设计低噪声、 低能耗、高效率的液压阀,研究如何控制阀口气穴的发生和发展非常重要。 本课题针对溢流阀阀口的气穴现象,用计算流体动力学的方法对锥阀和球 阀阀口气穴流场进行了数值模拟,预测了气穴发生区域,模拟得到的气体体积 比分布与可视化实验得到的数字图像处理后的气穴图象非常吻合,验证了数值 计算的正确性。进一步分析了锥阀、球阀和纯水液压锥阀阀口几何参数与边界 条件对气穴的影响。最后,对溢流阀阀芯形状进行了改进,通过对不同结构的 流场分析,来寻求气穴减小的阀芯结构。同时对改进前后的阀进行了气穴可视 化实验和噪声测试,实验结果与流场分析结果一致,改进后的阀气穴强度和噪 声均得到降低。 首先,本课题针对锥阀阀口喷流的特点,将质量转移方程和气体体积比方 程引入RNG k-ε湍流模型,并与两层近壁模型相结合,运用商业化的CFD软件 FLUENT对锥阀阀口的气穴流场进行了数值模拟,预测了气穴发生后的气体体 积比分布。可视化实验运用工业纤维镜与高速摄像机等组成流场可视化试验系 统,多方位地观察了阀口附近的气穴现象,对其进行数字图像处理后,获得了 气穴流场的分布信息,与仿真结果比较,吻合良好,表明RNG k-ε湍流模型能 有效地描述锥阀等液压元件的阀口气穴流动。实验同时采用涡流式位移传感器、 激光位移器和数字应变测量仪等构成的检测系统,研究了气穴流场诱发的阀体 与阀芯振动。而且对锥阀在不同进口速度和不同出口面积的流场分别进行了模 拟。 其次,在此基础上,进一步对纯水液压锥阀阀口的气穴流场进行了研究,
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