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计算机辅助液压阀空蚀空化研究

李志博  
【摘要】: 目前,国内外关于液压阀阀腔内的空蚀空化研究开展得不多,而且一般仅限于实验,或者是简单的理论分析。液压阀阀腔内尺寸对精度要求极高,即使是很小的杂质流经阀口时都有可能引起阀的堵塞,使液压阀工作失效。而腔内发生空蚀空化时,会破坏腔的内表面,使其剥落一些细小的颗粒,从而可能引起液压事故,减少空蚀空化不仅可以消除由此产生的液压事故,而且可以延长阀的使用寿命,给企业带来经济效益。所以液压阀内的空蚀空化研究是经济建设中一个非常重要的课题。 本文讨论了流场内部的空蚀空化现象的形成机理及影响因素,主要针对液压阀内空蚀空化现象进行研究。本文选择液压阀中的溢流阀为具体研究对象。根据溢流阀的性能要求,确定了阀的具体参数,完成了溢流阀的设计。对所设计的溢流阀阀腔内的流场及压力分布运用计算流体力学的方法进行数值模拟,进而分析阀腔内的空蚀空化规律。 以前,大部分的空蚀空化研究都是针对水工水利建筑以及水下高速运动物体的,对于阀内的空蚀空化研究一般都是从理论上进行分析。空蚀空化现象的复杂性及其与阀腔内流场的密切关系,但直接运用实验的方法来进行流场测量存在较大的难度。本文采用计算机辅助手段对液压阀内的空蚀空化进行深入研究。为了数值模拟方便,本文简化溢流阀流动模型,以二维不可压缩粘性流动的Navier-Stokes方程作为流动控制方程,采用计算功能非常强大的MATLAB作为计算语言,运用有限差分法对流场内流动进行数值分析。分析流场时,将流动的运动参数(?),(?),μ,ν和压力p的计算分离开,即计算出阀内的运动学量以后,再求解压力的分布。 在流动的运动参数(?),(?),μ,ν和压力p的分步数值计算后,得到阀腔内流体流动规律与压力分布场。空化现象与流场内的压力分布密切相关,根据压力的分布可以得到流场内的空化数分布,而空化数的分布决定了流场内的空蚀空化。本文由计算模拟所得溢流阀内的流场压力分布对空蚀空化进行分析。得到空化数的分布以后,进而分析流场内空泡的运动轨迹,最后得到空泡半径在流场内随压力的变化关系曲线,以及在流场内空泡半径沿压力最小点的分布规律。 厦门大学硕士论文 摘 要 本文采用计算机辅助进行液压阀空蚀空化的研究结果是符合流动的物理意义的,说明本 论文的研究方法是切实可行的,本文的结论可以作为工程上有关液压阀问题的参考。


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