收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

插装型锥阀配合副流固热耦合分析及流场可视化

郑淑娟  
【摘要】:社会需求是推动技术发展的强大动力。液压技术飞速发展,要求液压系统满足高压力、大流量,但体积小、重量轻,且高精度、高效率,液压插装阀技术在此形势下应运而生,二通插装阀的出现使液压技术的发展提高到了一个崭新的阶段。在某些应用场合,插装阀是提高生产力和竞争力的唯一选择。 液压阀相关的科学问题,各类型液压阀的流量特性、作用在阀芯上液动力的大小和方向、液动力对阀工作可靠性、操作灵活性和动静态特性的影响、内部流场的可视化计算等,一直是流体传动与控制技术领域中的基础研究问题,也是发展高性能液压控制阀必须解决的关键问题。锥阀作为插装阀的主要结构形式,通过研究发现,现有理论有待进一步研究解决完善。 阀口过流断面面积直接影响阀过流特性的计算,但关于锥阀过流断面计算公式的现有理论尚存在问题。阀芯带锥但锥面不完整的锥台形锥阀和阀座带锥的锥阀在计算流量时采用按完整锥面锥阀导出的过流面积计算公式,会造成非常大的计算误差。从过流断面的定义出发,利用CFD流场可视化技术对锥阀的流场进行深入细致地研究分析,找出了其在整个大行程范围内不同开口度时的过流断面位置。在研究中发现在小的阀芯行程范围内传统过流断面面积计算公式仍适用,若阀芯行程较大,传统公式不再适用,且内外流不同流动工况时流动特征出现很大的差异。首先确立传统公式适用的临界开口度,推导了不同行程时的过流断面面积计算公式。并指出阀口锥部导流作用不同,局部损失不同是造成内外流流动特征差异的根源。阀口的抗气蚀特性也是阀口节流性能好坏的一个重要指标,但判断空化初生的标准目前尚未统一。通过分析液压阀内液流流动过程,追溯空化产生根源,提出了压力恢复系数表征不同阀的抗气蚀能力。 液动力对阀的动静态特性关系甚大,是设计液压阀需考虑的重要因素。液动力计算公式是液压系统特性建模重要的基本方程之一,对液压系统的特性有很大影响。阀芯开口度大时,锥台形锥阀和阀座带锥锥阀过流断面的位置和计算发生变化,传统的理论公式对其液动力的计算也不再适用。液动力本质上是流体运动所造成的阀芯壁面压力分布发生变化而产生的,故从流场分析入手,获得阀芯底部压力分布值,将压力相对作用面积积分,得到其液动力值,这是最直接的计算方法,且可细化流场信息得知液动力产生的机理。为了便于工程实际使用,根据流场分析得出的液动力产生的主要因素,结合控制体积的选取原则,对于不同阀口形式锥阀,内外流工况不同时,选取不同的控制体积。根据动量定理推导出的相应的计算公式,最终给出了不同流动方向下阀口全行程时的液动力特性,精确度更高。 传统的液动力计算公式中,液动力与进出口压力差值成正比,与进出口压力值的大小无关。但锥阀进出口压差相同,进出口压力值低时,阀内流动状态变为两相流,与单相流的流动特征不同,故需对传统公式进行修正。提出用临界进口压力值和临界出口压力值来区分阀内液流不同流动特征。利用全空穴模型对阀内流场进行了两相流模拟仿真,分析阀内流场压力分布,明确相同进出口压差,不同进出口压力值时液动力区别的真正原因,对传统公式进行修正,推导出了适用于两相流状态下液动力的计算公式,并利用已有的试验数据进行了验证。 液压技术遍布整个工业控制领域,包括一些高科技领域,为了达到更加精准的控制,对控制元件的特性要求将更加苛刻。因此在研究插装阀流量特性时,考虑阀套和阀芯变形对于节流口过流面积及阀套阀芯间配合间隙的影响,将是液压元件设计理论不断完善化所必须的。建立实际使用的插装阀整体三维模型,包括阀芯阀体阀套,进行了插装阀液固热耦合分析。首先根据液压阀流体流动过程的传热特点,对液流流动过程流场、温度场进行数值模拟,得到整个锥阀固体、液体区域内详细的温度场分布规律,最后给出热应力和液压力共同作用下的阀套阀芯变形量。分析表明阀芯阀套的变形对于阀芯阀套的配合间隙有一定的影响,但两者的作用根据锥阀工况的不同,会有很大的变化,在实际过程中应该针对典型工况进行具体分析;阀芯阀套的变形对锥阀节流特性的影响一般可以忽略不计。对阀整体的流固热耦合分析在一定程度上可科学估算变形量对阀套阀芯配合间隙及阀口特性的影响,从而为阀套阀芯设计提供可供参考的依据。 最后搭建了插装阀流量特性和动态特性测试试验台进行试验研究。测试阀在不同压差,不同开口度的稳定流动时的流量特性,验证过流断面面积计算公式的正确性。建立阀的AMEsim仿真模型,结合推导出的液动力公式和过流断面面积计算公式进行模型参数设置,模拟阀的阶跃响应;给定阀不同阶跃信号,测试阀的阶跃响应。将阶跃响应的仿真值和试验值进行比较,结果表明采用提供的液动力公式得到的计算结果是可信的。 以上研究成果进一步完善了有关液压阀流体力学的基本理论,给出了能准确描述锥形插装型主阀在大行程范围内阀芯所受液动力的计算公式、锥阀过流断面面积的计算公式,为从机理上建立液压阀准确的数学模型进行非线性数字仿真研究提供了一定理论基础并具有一定的工程实用价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 李优;;内流式锥阀的气穴产生机理试验研究[J];河北农机;2021年08期
2 郑淑娟;权龙;王文全;;平底锥阀内流工况稳态液动力的研究[J];液压与气动;2014年08期
3 王海芳;褚天争;王继强;张恒;;考虑稳态液动力的锥阀阀芯可靠性分析[J];中国工程机械学报;2016年05期
4 曾德芬;论锥阀的稳定性[J];重型机械;1996年03期
5 苟珍玺;影响锥阀稳定性的因素[J];液压与气动;1986年02期
6 闵为;王东;郑直;欧培伟;冀宏;王煜搏;;压力调节锥阀开启过程振动特性研究[J];振动与冲击;2020年18期
7 杨国来;张灿罡;尹大禹;张东东;王建忠;;锥阀阀口能量损失分析及阀座结构改进[J];甘肃科学学报;2016年06期
8 刘桓龙;李惟祥;柯坚;刘晓红;邓斌;;液压锥阀空化特性的计算与分析[J];液压与气动;2012年09期
9 陈伦军;董炳坤;张际;李洪涛;;液压先导锥阀开启特性的仿真分析[J];机械工程与自动化;2008年06期
10 韩晶华,周华,李壮云;软密封锥阀的实验与研究[J];液压与气动;1997年02期
11 金朝铭,张雅文;短通道园锥阀流量系数的研究[J];哈尔滨工业大学学报;1988年02期
12 胡开平 ,黄香生 ,曾德芬 ,潘炎;锥阀原理研究[J];液压与气动;1980年04期
13 DavidC.Downs,曾纪荣;液压控制系统的新元件—嵌入式锥阀[J];组合机床;1982年02期
14 罗志骏;锥阀及其基本回路[J];液压与气动;1982年01期
15 黄菲玲;锥阀受力的理论分析[J];华南工学院学报(自然科学版);1987年01期
16 郗志刚;;基于锥阀实体模型的内部流场可视化分析[J];佛山科学技术学院学报(自然科学版);2011年06期
17 乔中华,王海栓;液压锥阀的气穴研究[J];太原重型机械学院学报;2001年01期
18 郭永安;逻辑锥阀及其在挖掘机上的应用[J];工程机械;1995年05期
19 黄香生,刘积录;提高锥阀关闭速度的途径[J];液压与气动;1987年04期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 田振东;郭晓霞;黄家海;权龙;;锥台形锥阀过流断面的确定与计算[A];第九届全国流体传动与控制学术会议(9th FPTC-2016)论文集[C];2016年
2 孙福华;徐化文;刘秀梅;李贝贝;;液压锥阀内部流场的数值模拟[A];第九届全国流体传动与控制学术会议(9th FPTC-2016)论文集[C];2016年
3 练永庆;吴朝晖;王树宗;;基于CAD设计的液压圆锥阀流量系数的数值计算[A];第五届全国水动力学学术会议暨第十五届全国水动力学研讨会文集[C];2001年
4 杨国来;司国雷;张守印;张慧敏;;纯水液压锥阀结构的优化设计与流场的数值分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
5 刘银水;黄艳;贺小峰;李壮云;;几种油压阀的结构型式对水的适应性[A];第二届全国流体传动及控制工程学术会议论文集(第一卷)[C];2002年
6 王东;周棣;首天成;;水压节流阀的新型设计与计算[A];全国先进制造技术高层论坛暨第八届制造业自动化与信息化技术研讨会论文集[C];2009年
7 卞全;刘少斌;;巴贡水电站放水孔的布置与泄洪消能研究[A];陕西省水力发电工程学会第三届青年优秀科技论文集[C];2013年
8 康健悦;;秦热300MW循环流化锅炉床温的分析和控制[A];中国循环流化床发电生产运营管理(2013)[C];2013年
9 康健悦;;300MW循环流化锅炉汽温的调整[A];中国循环流化床发电生产运营管理(2013)[C];2013年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 郑淑娟;插装型锥阀配合副流固热耦合分析及流场可视化[D];太原理工大学;2015年
2 闵为;压力调节锥阀阀芯振动与空化的可视化研究[D];兰州理工大学;2018年
3 袁聪;液压锥阀空化射流数值模拟与流场可视化研究[D];东北大学;2019年
4 易达云;锥阀振荡流场流动噪声增强机制研究[D];浙江大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 王银;液压锥阀抗空化结构优化研究[D];四川轻化工大学;2019年
2 王万春;液压锥阀阀口空化流动数值模拟[D];兰州理工大学;2019年
3 王东;先导级锥阀阀芯轴向振动特性研究[D];兰州理工大学;2019年
4 满国佳;液压锥阀气穴与噪声仿真及实验研究[D];哈尔滨理工大学;2018年
5 孙福华;锥形减压阀动态响应特性研究[D];中国矿业大学;2018年
6 张立亭;水介质锥阀流场可视化仿真及试验研究[D];太原理工大学;2018年
7 牛玉国;锥阀轴向振动的仿真与实验研究[D];浙江大学;2014年
8 李惟祥;液压锥阀的振动特性研究[D];西南交通大学;2012年
9 许慧;内流工况液压锥阀内部流场的三维可视化模拟与仿真[D];太原理工大学;2007年
10 冯祥;柴油机燃油系统控制锥阀空化流动特性试验研究[D];北京工业大学;2016年
11 莫光轶;锥阀振动耦合的仿真与实验研究[D];浙江大学;2014年
12 李辉;液压锥阀结构参数与工作性能的数值分析[D];西南交通大学;2009年
13 雷红霞;插装型液压控制锥阀流场的三维可视化数值模拟与仿真研究[D];太原理工大学;2004年
14 王鸿宇;单级锥阀阀芯运动的流固耦合计算与实验研究[D];兰州理工大学;2020年
15 谭剑波;液压锥阀气穴分析与流场参数化仿真[D];西南交通大学;2014年
16 李超;管道内部锥阀水流水力特性及消能研究[D];西安理工大学;2008年
17 龙小武;液压锥阀流场的数值预报及结构优化[D];燕山大学;2000年
18 王鹏飞;油压锥阀阀口空化流动数值模拟[D];兰州理工大学;2016年
19 郑淑娟;阀芯运动过程液压锥阀内部流场的CFD计算[D];太原理工大学;2005年
20 袭安;基于CFD方法的液压锥阀优化设计研究[D];中国民航大学;2014年
 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