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液压缸内动边界流场的数值分析

张京平  
【摘要】: 本文对多级液压缸内动边界流场进行了分析和数值模拟。其目的:一是为了给设计采用多级缸的液压系统(如上抛微重力装置)提供参考;二是通过对动边界流场数值求解方法的探索和研究,为液压元件内动边界流场的数值仿真奠定基础。液压元件内动边界流场的仿真,是了解与改进元件参数性能最有力的手段。以往液压元件内流场的数值仿真,仅限于稳态流场,它不能反映运动的全过程。只有动态流场(也就是动边界流场)仿真,才能完整地描述运动全貌。稳态流场只是动态流场的特例,可包含在动态流场内。目前国内外还无人进行过液压元件内动边界流场的研究。应当说元件内动边界流场的研究,是对液压元件性能机理性的本质的研究。它的完成,将对元件的改进与设计起着巨大的推动作用。随着计算机、计算流体力学的发展,液压元件内动边界流场的仿真,将成为一个研究方向,本文在这方面作了一些初步的工作。 首先,本文对多级缸内流场进行了分析,抽取出基本流场,多级缸内的复杂流场都可以由这种基本流场组成。采用投影法结合坐标变换法,将动边界的基本流场,转化为定边界的流场,对其进行数值求解,并且对求解所用的差分方程进行了稳定性分析。 其次,对二个基本流场组成的复合流场,采用各流场各自计算,在共有界面上进行迭代耦合的方法求解。 然后,在非惯性坐标系下,对具有两个动边界一个定边界的多级缸上一级流场,采用投影法加变换,在共有边界上耦合的方法进行求解。 最后,设计了多级缸的模型装置,给出一定参数,对流场进行显示与测量。实验表明:理论计算是可靠和正确的;投影法结合坐标变换法是求解基本动边界流场的有效方法;基于基本流场的求解,将复杂流场分解为几个基本流场,分别求解,然后在其共有边界上将涉及的基本流场耦合迭代,直到物理参数一致,是求解某些复杂动边界流场的可行方法。


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