基于Fluent的节流槽滑阀仿真

论文摘要

节流槽滑阀是液压阀的基本结构形式之一,广泛地应用于伺服阀、比例阀当中。不同的节流槽形式可以获得不同的流量、压力和液动力等特性,从而对液压阀的性能有很大的影响。本文利用Fluent软件对U形、K形以及U+K组合形式的节流槽滑阀进行了静态仿真,对K形槽滑阀进行了动态仿真,详细研究了他们的各种特性。首先,基于U形、K形和U+K形槽的压力分布特点,根据等效阀口面积原理推导出这三种节流槽的阀口面积计算公式。并且利用数学计算工具MathCAD编写了通用计算程序,在给定节流槽结构和尺寸的前提下就可以计算出具体数值。这为滑阀液动力的研究打下了基础。其次,结合三维CAD软件和Fluent前置处理软件Gambit建立了不同阀芯开度的仿真模型,并对模型进行了非结构化网格的划分。针对阀芯不同开口度情况下的模型在Fluent中进行了稳态仿真,分析了压力分布、速度分布、流量特性以及液动力特性。以可视化的方式详细地对整个节流槽滑阀内部流动情况作了介绍。阀芯更多的时候处于运动当中,我们更加关注阀芯动作过程中滑阀内部流场的情况。所以本文最后建立了动态模型,给定阀芯移动速度,利用Fluent中滑动网格模型进行了动态仿真。分析了阀芯移动时滑阀内部的压力、速度、流量等特性,并制作了动画文件,更深刻地反映了滑阀内部流场的情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 CFD 的应用现状
• 1.2.1 CFD 广泛应用于现代工业
• 1.2.2 CFD 在液压技术中的应用
• 1.3 CFD 软件在液压阀流场分析中的应用
• 1.3.1 CFD 在液动力研究中的概况
• 1.3.2 CFD 在阀口流量研究中的概况
• 1.4 课题主要研究内容
• 第2章 基本理论及软件介绍
• 2.1 CFD 技术概述
• 2.1.1 CFD 的原理
• 2.1.2 CFD 的工作步骤
• 2.2 CFD 中的控制方程和数值解法
• 2.2.1 CFD 中的控制方程
• 2.2.2 对控制方程的离散
• 2.2.3 离散后的数值解法
• 2.3 FLUENT 软件介绍
• 2.3.1 FLUENT 可以求解的问题
• 2.3.2 FLUENT 软件产品结构
• 2.4 使用的其他软件介绍
• 2.4.1 Tecplot 软件
• 2.4.2 MathCAD 软件
• 2.5 本章小结
• 第3章 U 形和K 形节流槽滑阀稳态仿真
• 3.1 节流槽的基本形式
• 3.2 阀口面积的确定和计算
• 3.2.1 阀口面积的确定
• 3.2.2 U 形槽阀口面积的计算
• 3.2.3 K 形槽阀口面积的计算
• 3.2.4 阀口面积的程序化计算
• 3.3 仿真的前处理
• 3.3.1 三维模型建立
• 3.3.2 使用Gambit 划分网格
• 3.3.3 流场初始化
• 3.4 仿真结果
• 3.4.1 压力分布情况
• 3.4.2 液体流动情况
• 3.4.3 流量情况
• 3.4.4 稳态液动力
• 3.5 本章小结
• 第4章 U+K 组合节流槽滑阀稳态仿真
• 4.1 阀口面积的确定和计算
• 4.1.1 阀口面积的确定
• 4.1.2 阀口面积的计算
• 4.1.3 阀口面积的程序化计算
• 4.2 U+K 节流槽仿真模型的建立
• 4.2.1 U+K 节流槽模型的尺寸
• 4.2.2 计算条件和边界条件
• 4.3 U+K 节流槽仿真结果
• 4.3.1 压力结果
• 4.3.2 速度和流量结果
• 4.3.3 稳态液动力结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 节流槽滑阀的动态仿真
• 5.1 FLUENT 动态仿真介绍
• 5.1.1 动态仿真概述
• 5.1.2 滑动网格模型
• 5.2 动态仿真模型的建立
• 5.3 动态仿真的结果
• 5.3.1 动/静态仿真压力场比较
• 5.3.2 动/静态仿真速度场比较
• 5.3.3 动/静态仿真流量的比较
• 5.3.4 动态仿真中的瞬态液动力
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介