伺服阀前置级射流流场的流动特性研究

论文摘要

由喷嘴挡板结构作为前置级驱动的电液伺服阀,其射流流场具有流速快、气穴多、剪切流动强等特征。前置级射流流场的不稳定性往往会导致伺服阀工作时产生高频噪声,严重影响其正常工作特性甚至使用寿命。因此为了改善喷嘴挡板伺服阀的工作性能,建立前置级射流流场的数学模型并研究其分布规律是十分必要的。本文针对喷嘴挡板型伺服阀前置级的射流流场,利用连续性方程、动量方程、改进型k ?ω湍流模型以及近壁区计算模型建立了射流流场的数学模型。利用CAD软件对喷嘴挡板处的射流流场进行了二维建模,用GAMBIT软件对模型进行了网格划分、设置边界条件等前处理操作,用FLUENT软件对不同截面、不同尾流区长度和不同挡板位置的射流流场分别进行了仿真研究,给出了不同条件下速度场和压力场的分布规律,总结了不同流场中出现压力脉动的条件及其变化关系。搭建了伺服阀前置级射流流场流动特性测试实验台,使用数字显微镜和高速摄像机对射流流场进行了可视化实验,观察了不同入口压力下流场的分布情况,使用不同的拍摄速度对流场进行了拍摄,通过观察射流轨迹的振荡规律估算了射流振荡的周期。本文在综述了射流流场流动特性及其压力脉动研究现状的基础上,结合流体力学基本理论,建立了喷嘴挡板之间射流流场的数学模型;通过仿真和实验研究了伺服阀射流流场的流动特性,给出了射流压力脉动与前置级结构参数和伺服阀工作条件之间的变化规律,为进一步研究喷嘴挡板伺服阀前置级射流流场特性以及伺服阀高频噪声产生机理提供了一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 液压阀中自激噪声和压力脉动研究
• 1.2.2 流场中流动状态的研究
• 1.2.3 CFD 仿真研究
• 1.3 本文研究的内容
• 第2章 伺服阀前置级射流流场数学模型研究
• 2.1 引言
• 2.2 双喷嘴挡板伺服阀的结构及工作原理
• 2.3 伺服阀前置级射流流场通用控制方程组
• 2.3.1 连续性方程
• 2.3.2 动量方程
• 2.4 伺服阀前置级射流流场湍流模型
• 2.4.1 平均量输运方程
• 2.4.2 布希内斯克假设
• 2.4.3 标准k? ε双方程湍流模型
• 2.4.4 标准k? ω双方程湍流模型
• 2.4.5 剪切应力输运（SST）k? ω模型
• 2.5 伺服阀前置级射流流场近壁区湍流模型
• 2.5.1 壁面函数
• 2.5.2 近壁面模型
• 2.6 基于卡门涡街的自激振荡频率方程
• 2.7 流场雷诺数的计算
• 2.8 基于亥姆霍兹共振腔原理的自激振荡
• 2.9 本章总结
• 第3章 伺服阀前置级射流流场的仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 射流流场的几何模型
• 3.3 伺服阀前置级流动参数的确定
• 3.4 射流流场模型参数和网格划分
• 3.5 射流流场的仿真
• 3.5.1 二维流场仿真边界条件及仿真参数设置
• 3.5.2 XY 截面二维模型仿真
• 3.5.3 XZ 截面二维模型仿真
• 3.6 基于亥姆霍兹共振腔的固有频率仿真
• 3.7 本章总结
• 第4章 伺服阀前置级射流流场实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验台原理及结构
• 4.3 实验台组成
• 4.4 实验结果
• 4.4.1 基于数字显微镜的可视化实验
• 4.4.2 基于高速摄像机的可视化实验
• 4.5 本章总结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢