基于CFD的液压冲击器流场的仿真与研究

论文摘要

本文阐述了液压冲击器国内外发展趋势和最新研究现状，以某一型号气液联合式液压冲击器为研究对象，建立了液压冲击器的二维和三维模型，分析了它的工作原理，介绍了它的主要参数。通过建立冲击器系统的数学模型，研究了冲击器系统各参数对冲击器工作性能的影响。运用MATLAB的Simulink仿真软件包分别对液压冲击器的回程加速过程和冲程过程进行仿真研究，并对氮气室预充压力对冲击器冲击性能的影响程度进行了深入分析。结果表明：氮气室预充压力过大，则会导致液压油推不动活塞进行回程，液压冲击器起动不了；压力过小则很容易造成冲击压力升不上去，冲击能小。在参阅大量国内外有关计算流体动力学、流场的数值模拟方法、流场可视化技术等相关资料的基础上，利用AutoCAD和CATIA软件分别建立了冲击器管道和换向阀的几何模型；然后利用前处理软件GAMBIT进行网格的划分。应用CFD分析软件FLUENT，用有限元方法对各种复杂流道和换向阀节流口处的流场进行数值模拟。并将计算结果以图像的形式给出，在此基础上定性分析了流体速度、流线、漩涡与能量损失的关系。本文通过对直角弯管、偏心相交管道流场进行的数值模拟，分别得出了直角弯管、偏心相交管道的压力、速度、流线可视化图象，指出了流体流动时涡旋产生的位置和强弱情况。通过对流场数值模拟，得出了直角弯管进油流量与压力损失差之间的关系。阐述滑阀式换向阀的工作特点及工作过程，结合其工作特点选择了流体控制体积，确定了研究区域的边界条件。模拟了换向阀工作过程中的流场结构的变化情况，定性的分析换向阀产生能量损失的原因。本文进行的研究工作为液压冲击器系统的结构设计和性能优化提供一定的参考依据，将为液压冲击器的设计与开发提供指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 液压冲击器的发展概况与研究现状
• 1.1.1 液压冲击器的发展概况
• 1.1.2 液压冲击器的研究方法
• 1.1.3 液压冲击器的发展趋势
• 1.2 计算流体力学在液压技术中的应用现状
• 1.2.1 液压阀的研究
• 1.2.2 流道内流场的研究
• 1.2.3 液压集成块的研究
• 1.3 选题的意义及目的
• 1.3.1 选题的意义
• 1.3.2 选题的目的
• 1.4 本课题的主要工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 液压冲击器的工作原理
• 2.1 液压冲击器的类型
• 2.2 液压冲击器的基本结构及工作原理
• 2.2.1 液压冲击器基本结构
• 2.2.2 液压冲击器的工作原理
• 2.2.3 液压冲击器的的基本参数
• 2.3 液压冲击器的数学模型的建立
• 2.3.1 基本假设
• 2.3.2 冲击器运动过程的数学模型
• 2.4 氮气室压力对冲击器性能的影响
• 2.4.1 模型的建立
• 2.4.2 仿真结果
• 2.4.3 结果分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 计算流体力学理论基础
• 3.1 计算流体力学的概念
• 3.2 基本控制方程
• 3.2.1 系统与控制体
• 3.2.2 质量守恒方程（ 连续性方程 ）
• 3.2.3 动量守恒方程（ 运动方程 ）
• 3.2.4 能量守恒方程
• 3.3 CFD 数值模拟方法分类
• 3.3.1 有限差分法
• 3.3.2 有限元法
• 3.3.3 有限体积法
• 3.4 层流和湍流的基本理论
• 3.4.1 层流与湍流的概念与特点
• 3.4.2 湍流中常用的数值模拟方法
• 3.5 CFD 软件介绍
• 3.5.1 FLUENT 概述
• 3.5.2 GAMBIT 概述
• 3.5.3 TECPLOT 介绍
• 3.5.4 CFD 数值模拟的步骤
• 3.6 本章小结
• 第四章 液压冲击器流道流场的数值模拟及分析
• 4.1 冲击器内部管道流场二维模型的数值模拟与分析
• 4.1.1 几何模型的建立
• 4.1.2 网格划分
• 4.1.3 求解设置
• 4.1.4 求解结果
• 4.1.5 仿真结果分析
• 4.2 偏心距对管内流场分布的影响
• 4.2.1 非正交管道的流场仿真
• 4.2.2 仿真结果分析
• 4.3 管道结构优化分析
• 4.3.1 冲击器管道结构存在的问题
• 4.3.2 管道优化的方案
• 4.3.3 优化结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 滑阀式换向阀内部流场的数值模拟与分析
• 5.1 概述
• 5.2 研究的几何模型以及边界条件
• 5.2.1 几何模型
• 5.2.2 边界条件和计算条件
• 5.3 二维模型的 CF D 分析
• 5.3.1 二维模型的数值模拟
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 三维模型的 CF D 分析
• 5.4.1 三维模型的建立以及网格划分
• 5.4.2 三维模型的数值模拟及结果分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 液压冲击器实验
• 6.1 实验系统的设计
• 6.1.1 实验系统的组成
• 6.1.2 实验条件
• 6.2 实验结果与分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
• 致谢