异形阀口滑阀的流场数值模拟与其特性研究

论文摘要

液压滑阀是液压传动与控制技术中使用最广泛的基础控制元件。由于液压技术应用领域广泛,传统单一形式的滑阀很难在各种液压系统中都能表现出让人满意的控制效果。近些年来,很多异形阀口因具有水力半径大,抗阻塞性能好,面积梯度易控制,流量微调性好等特点而被越来越多的用作滑阀阀口(节流口)。然而,与传统圆柱形滑阀相比,多数异形阀口滑阀还存在着已有研究资料、成果少,以及特性研究不深入、不完善等问题。这给异形阀口滑阀的设计和性能的提高带来一定困难。本文以工程机械中常用的一种斜坡形全周开口和非全周开口的异形阀口滑阀为研究对象,采用理论分析,流场仿真和部分试验验证相结合的方法,对这种异形阀口滑阀阀内流体的流场、稳态液动力、流量系数等特性进行了比较系统的分析研究。首先,对异形阀口滑阀的过流面积进行MATLAB数值解析,对不同流量、阀口开度下阀内的速度场和压力分布等做了数值模拟,并对数值计算或仿真结果做了分析。其次,分别基于动量定理和CFD数值积分两种方法对不同流量和阀口开度下稳态液动力进行计算分析。然后,运用CFD技术对异形阀口滑阀的流量系数进行了数值计算,对流量系数与阀口开度、流量的关系进行分析,并对部分压差下的流量系数进行了实验验证。通过以上几方面的工作,获得了异形阀口滑阀流量、阀口开度等因素对其流场、稳态液动力、流量系数等特性影响的规律,这对异形阀口滑阀阀腔结构的优化、阀芯驱动系统的准确匹配设计、流量的精确化控制和液压阀节能、降噪的研究提供一定的理论指导作用,并对在低成本、短周期内进行液压阀稳态液动力、流量系数的精确计算、性能预测提供新思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 液压阀特性研究概述和趋势
• 1.2.1 液压阀上的作用力
• 1.2.2 阀口形状及流量系数
• 1.2.3 流场气穴特性研究
• 1.3 CFD 技术在液压元件研究与设计中的应用
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 CFD 技术液压元件设计与研究中的应用
• 1.4 本课题研究内容和主要工作
• 第2章 计算流体动力学基本原理
• 2.1 计算流体动力学基本理论
• 2.1.1 流体动力学的基本控制方程
• 2.1.2 湍流理论
• 2.1.3 数值模拟的方法
• 2.2 CFD 求解过程及商用软件FLUENT 简介
• 2.3 本章小结
• 第3章 异形阀口滑阀的流场数值模拟与分析
• 3.1 异形阀口滑阀的过流面积解析
• 3.1.1 全周开口阀口过流面积
• 3.1.2 非全周开口阀口过流面积
• 3.2 全周开口滑阀的流场数值模拟与分析
• 3.2.1 几何模型
• 3.2.2 计算区域的建模与网格划分
• 3.2.3 边界条件与计算条件设定
• 3.2.4 数值计算结果与分析
• 3.3 非全周开口滑阀的流场数值模拟与分析
• 3.3.1 几何模型
• 3.3.2 计算区域建模与网格划分
• 3.3.3 边界条件及计算条件的设定
• 3.3.4 流场数值计算结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 异形阀口滑阀的稳态液动力研究
• 4.1 基于动量定理和CFD 壁面积分的稳态液动力计算原理
• 4.1.1 基于动量定理的稳态液动力计算原理
• 4.1.2 基于CFD 的壁面积分的稳态液动力计算原理
• 4.2 全周开口滑阀稳态液动力分析
• 4.2.1 全周开口滑阀稳态液动力计算
• 4.2.2 全周开口滑阀的轴向力
• 4.3 非全周开口滑阀稳态液动力分析
• 4.3.1 非全周开口滑阀稳态液动力计算
• 4.3.2 非全周开口滑阀的轴向力
• 4.4 本章小结
• 第5章 异形阀口滑阀的流量系数特性研究与试验
• 5.1 异形阀口滑阀的流量系数CFD 解析
• 5.1.1 液压阀的流量系数
• 5.1.2 全周开口滑阀流量系数计算与分析
• 5.1.3 非全周开口滑阀流量系数计算与分析
• 5.2 流量系数的实验测定
• 5.2.1 实验方案及原理
• 5.2.2 实验设备及介绍
• 5.2.3 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介