水压伺服阀典型阀口流动特性的研究

论文题目: 水压伺服阀典型阀口流动特性的研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 机械电子工程

作者: 吴正江

导师: 聂松林

关键词: 水压传动,流动特性,气穴,流场仿真,流量系数,伺服阀,阀口

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 以海(淡)水作为工作介质的水压传动技术由于具有无污染、不燃烧、节约能源、工作介质易于获取等突出优点,日益受到国内外工程界的广泛重视。然而,水压传动技术的应用必须以性能优良的水压元件为前提,而水压阀口的流动特性对水压控制元件的性能有着重要影响,是设计和研制水压元件的基础。与用矿物油做工作介质相比,水压阀口具有高雷诺数和气穴现象严重等特点,所以油压阀口的流量系数等重要参数在水压元件中不能直接引用。作为水压伺服控制系统的核心部件,水压伺服阀包含喷嘴挡板、环形圆缝、滑阀等一系列的典型阀口型式。要设计出高性能的水压伺服阀以及其它相关水压控制元件,必须对这几种典型水压阀口的流动特性特别是流量压力特性和气穴现象进行深入的研究。本文针对水压阀口流动特性,将质量转移方程和气体体积方程引入RNG k ?ε湍流模型,并与两层近壁模型相结合,运用商业化的CFD 软件FLUENT,对几种典型的阀口以及固定节流+喷嘴挡板液压半桥的流动特性进行了数值模拟。获得了整个阀口流域内的速度、压力以及流线和气穴含量的分布云图,着重描述了不同边界条件下流线的收缩和附壁状况,并对气穴发生的强度和区域进行了分析和预测,仿真结果表明:增大喷嘴挡板间隙和减小喷嘴平台直径,都对气穴的发生有着明显的抑制作用; 环形圆缝的叠合长度越长,入射角度就越小,阀芯倒角可能诱发气穴的发生; 滑阀的阀口开度越大,气穴越严重,但倒角对气穴有一定的抑制作用; 出口背压对固定节流+喷嘴挡板阀口的气穴有着明显的抑制作用。通过对现有试验台架进行技术改造,并自行设计、加工出了一系列不同形状和规格的喷嘴挡板、环形圆缝、滑阀口等组合试件,在不同的阀口间隙、开口度以及进出口压力条件下,对上述几种典型阀口的流动特性进行了实验研究,着重分析了阀口的流量系数的变化趋势,实验结果表明:减小喷嘴小孔直径,有利于喷嘴挡板阀口的流量系数的稳定; 环形圆缝在阀芯倒角之后,流量系数会增大; 滑阀的阀口开度越大,流量系数也越大。这些结论与数值模拟结果是基本吻合的。

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1．1 课题的来源、目的

1．2 课题研究的意义

1．3 国内外研究概况

1．4 本文的主要研究工作

2 流场计算的数学模型

2．1 符号说明

2．2 基本方程

2．3 RNG k-ε湍流模式

2．4 气穴模型理论

2．5 本章小结

3 喷嘴挡板阀口流动特性的研究

3．1 喷嘴挡板阀口流动特性的数值模拟

3．2 喷嘴挡板阀口流动特性的实验研究

3．3 挡板所受液动力的分析

3．4 本章小结

4 环形圆缝阀口流动特性的研究

4．1 环形圆缝阀口流动特性的数值模拟

4．2 环形圆缝阀口流动特性的实验研究

4．3 本章小结

5 滑阀口流动特性的数值模拟和实验研究

5．1 滑阀口流体特性的数值模拟

5．2 滑阀口流动特性的实验研究

5．3 本章小结

6 固定节流+喷嘴挡板阀口流动特性的研究

6．1 液压桥路

6．2 几何模型

6．3 数值模拟结果与分析

6．4 本章小结

7 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表学术论文目录

发布时间: 2006-04-05

参考文献

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