节流阀油流温升及阀芯变形研究

论文摘要

节流阀是电液伺服系统的重要部件。当入流口和出流口的压差较大时,通过阀口的油流速度非常大。常见的机械油粘度也较大,因此油液的粘性加热显著。这会导致阀芯膨胀,使阀被卡死而失效。针对这一现象,本文选择了工程应用中典型的节流阀,采用了CFD方法模拟了阀内的油流温升现象,分析了U形节流阀槽口结构参数、进出口压差及槽口类型对油流温升的影响。然后基于CFD模拟得到的温度场,采用FEA方法,对U形节流阀阀芯变形进行了模拟。通过对数值模拟结果的分析,发现:U形节流阀的槽口深度越大,其最高温度随质量流量变化的速率越小;U形节流阀的最高温度随进出口压差的增大而增大,并基本成线形关系;节流阀的油液从槽口流出后形成射流,U形节流阀的射流出射角随着阀口开度的增大而减小,而V形节流阀的射流出射角保持不变;U形节流阀阀芯的局部高温分布在槽口轮廓线附近,而V形槽口节流阀的局部高温集中地出现在槽口底面上。研究阀芯变形时,发现槽口半径小的U形槽,其阀芯最大的径向变形容易发生在槽口两侧的壁面。这种情况下,阀芯最大径向变形随着质量流量增大的速度逐渐减小。槽口深度大的U形槽,其阀芯最大的径向变形容易发生在槽口半圆壁面。本文发现的有关节流阀油流温升及阀芯变形的规律,为改善节流阀的槽口温度分布,防止被卡死,提供了新的设计思路。本文首次采用的CFD和FEA结合的方法,也为相关领域的研究提供了参考。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 有关节流阀的研究
• 1.2.1 基于CFD的研究成果
• 1.2.2 基于实验的研究成果
• 1.3 本文的主要内容及创新点
• 2 基本理论和方法
• 2.1 CFD概况
• 2.1.1 CFD的发展
• 2.1.2 CFD的分支
• 2.2 控制方程
• 2.3 湍流模型
• 2.3.1 湍流模式发展历程
• 2.3.2 湍流模型的选用
• 2.4 SIMPLE算法
• 3 节流阀油流温升的数值模拟研究
• 3.1 引言
• 3.2 几何模型
• 3.3 计算模型及边界条件
• 3.4 网格生成及网格依赖性分析
• 3.5 模拟结果及分析
• 3.5.1 槽口结构参数对油流温升的影响
• 3.5.2 进出口压差对油流温升的影响
• 3.5.3 槽口类型对油流温升的影响
• 3.6 小结
• 4 阀芯变形研究
• 4.1 引言
• 4.2 有限元原理
• 4.2.1 传热分析
• 4.2.2 热应力分析
• 4.3 阀芯变形的数值模拟及结果分析
• 4.3.1 变形位置分析
• 4.3.2 径向变形的比较
• 4.4 小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历