非全周开口的液压滑阀内部流场的CFD解析

对非全周开口滑阀内部流道进行了三维建模,并用CFD软件fluent对模型进行计算分析。研究发现滑阀阀腔内的流场在节流口前后变化较大,在阀腔和阀座的拐角处存在涡流,而增大阀腔内的压力可以减小涡流的形成。阀芯受到的稳态液动力随着流量的增大而增大,随着阀口开度的增大而减小。滑阀进出口的压力损失主要是由于油液在节流口处的节流特性引起的,而阀腔内部的涡流和油液的黏性摩擦引起的压力损失只占很小一部分。     

基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析

基于Fluent流场仿真软件,对某滑阀内部流场进行数值模拟和可视化研究。在相同计算条件下,分别对不同阀口开度下的三维模型进行稳态模拟仿真,得到滑阀内部流场的速度压力、流量特性以及流量系数的变化规律：在相同的压差条件下,随着阀口开度的增大,阀口处的最大速度、流场的最低压力、流量系数都随之降低。通过改变节流槽的形状进行仿真比较,得到流量系数与节流槽截面形状密切相关,在阀口开度相同的条件下,随着进出口压差的增大,半圆形节流槽滑阀的流量系数变化比较明显。研究为滑阀的优化提供了有效数据,并且对同类型产品的相关研究具有一定参考价值。     

非全周开口滑阀的二级节流特性分析

为了研究非全周开口滑阀阀口的二级节流特性,基于节流槽结构及其内流场特征,运用节流槽液阻效应分析确定了节流槽阀口面积的计算原则和方法,推导出典型节流槽阀口面积的计算公式,并在此基础上运用Visual Basic编程得出阀口开度与过流面积的关系曲线,研究结果为工程人员设计高性能滑阀提供了一定的理论依据。     

非全周开口滑阀的流场特性及其优化

针对滑阀液动力的优化问题,对非全周开口、内流式滑阀流场特性进行了研究,对其阀套结构进行了优化。首先,采用两相流模型,利用动网格技术、UDF功能模拟了阀芯的运动状态,通过仿真计算了阀芯运动状态下的瞬态流场,同时分析了阀芯静止时的稳态流场;然后,研究了滑阀阀芯的运动速度、流量变化、阀口开度对液动力的影响;最后,提出了一种把阀套进油孔由直孔改为斜孔的方法来优化滑阀的液动力,并对不同倾斜角和阀口开度时的滑阀液动力进行了比较。研究结果表明：相较于瞬态液动力,滑阀的稳态液动力更大;在阀芯运动速度快、流量大,且阀口开度小于0.5 mm时,滑阀的瞬态液动力比较大,因而其影响也不可忽视;优化后的阀套结构可以有效减小液动力,倾斜角在15°～20°范围内时其优化效果最好;该研究结果可为滑阀结构的优化设计提供有益的参考。     

滑阀式压差补偿器的结构设计及数值研究

为解决气体流量阀的进出口压力变化引起输出流量波动的问题,设计了一种采用非全周开口圆柱滑阀结构的压差补偿器。该压差补偿器工作时与流量阀并联,其阀口为具有多级减压效果的典型结构。采用计算流体力学方法对压差补偿器内部流场进行仿真分析,得出不同开度下的压力流量及稳态气动力特性。研究得出在一定阀口开度范围内,气动力随阀口开度增大而增大,是影响阀芯响应速度的重要因素。该研究对于压差补偿器调压性能预测及提高控制精度具有重要意义。     

液压元件典型激振流场控制理论与方法的研究

本项目主要研究了液压控制元件节流槽噪声特性、噪声评价方法,为液压元件噪声控制及优化设计提供了新思路和方 法,主要成果如下。 (1)提出了阀套移动式压力分布测量方法,建立了包括阀套移动式液压阀压力分布测量、噪声测量和流动气穴显示系统, 压力分布实测结果与流场仿真结果吻合良好,这种压力分布测量方法对于高压、高速、小尺寸复杂流场具有普适性。 (2)通过对非全周开口滑阀液动力流场解析及试验测量,发理滑阀稳态液动力在流动方向变化时,液动力大小和方向都 会发生变化,并通过理论分析证明了这种现象,为控制液动力提供了新的方法及思路。     

基于CFD的水液压滑阀全周阀口稳态液动力研究

滑阀由于其结构简单便于实现液压系统油路的通断、换向、节流等功能,广泛应用于各类液压系统中,而滑阀工作时阀口处所产生的液动力会影响其控制精度和所需驱动力的大小。采用计算机数值仿真技术,系统研究了采用水作为工作介质的全周阀口液动力的特性,并分析了全周阀口水液压滑阀流场的压力、速度等方面的情况。     

滑阀非典型阀口过流面积计算与仿真分析

针对三角形和斜三角形两种非全周开口滑阀,结合阀口结构特征和等效阀口面积理论,推导了阀口过流面积计算公式;利用计算流体动力学(CFD)仿真方法,分析了滑阀内部的流场压力和速度分布情况;根据斜三角形滑阀样本的流量特性,对理论与仿真结果进行了验证。理论、仿真和样本实验结果吻合良好,验证了采用的解析和仿真方法,在阀口流量特性计算方面的准确性和有效性,同时为其他非典型阀口多路阀的性能预测提供了依据。     

内流式滑阀壁面压力分布可视化计算及试验验证

针对现有液压阀流场(Computational fluid dynamics,CFD)仿真研究中,采用单相流模型进行计算,忽略了流体气化现象对流体密度及其流场的影响,仿真所得相对压力过低与实际不符的问题,运用Fluent软件,采用两相流模型,研究内流式滑阀流场分布,分析阀口开度、流量变化对于阀芯壁面压力分布及其稳态液动力的影响;设计一种壁面压力分布测量的试验方案,测量得到阀芯壁面的压力分布,并通过表面积积分法求出阀芯所受稳态液动力。结果表明:试验所得的内流式滑阀的壁面压力分布及其稳态液动力与仿真结果趋势一致,壁面压力峰值随着阀口开度的增大而减小;阀口开度较小时,稳态液动力的方向为阀口关闭的方向,在阀口开度达到临界点时,稳态液动力的方向为阀口打开的方向;滑阀稳态液动力公式计算由于忽略了入口射流角的变化及其出口处的动量,得到的稳态液动力误差较大,且方向始终指向阀口打开的方向。     

液压阀V-U及U-U型节流槽特性研究

针对液压挖掘机等工程机械用液压阀多采用节流槽形式的阀口,采用CFD软件对节流槽及其阀内流动进行了仿真分析,并通过实验获得了可以反映节流槽阀口阻尼特性的流量系数及其随阀口开度变化的规律。结果表明,液流的最高速度和最大压力均发生在节流槽区,且在V-U和U-U组合节流槽的交接处,流量系数较小,阀口液阻较大。     

非全周矩形开口滑阀小开口度时流量及液动力特性研究

电液伺服阀作为液压控制系统的核心元件,其性能的好坏直接关系到控制系统的特性。采用计算流体动力学软件Fluent中动网格技术,对伺服阀滑阀阀口在0.5mm开度内的流动状态进行静、动态仿真,研究其流量与液动力特性。从计算结果可以看出,阀口流量特性仿真曲线与理论曲线在趋势上基本相同。阀芯所受稳态液动力仿真值与理论值增长趋势基本相同。仿真时,阀口开度按给定速度连续增大,阀口打开瞬时,瞬态液动力变化大;阀口打开后,瞬态液动力变化不大,且瞬态液动力数值较稳态液动力小得多。     

高压大流量气动比例阀稳态气动力数值研究

该文针对高压大流量气动比例阀结构特点及阀芯动力学特性,建立阀芯所受稳态气动力数学模型。然而由于高压气体的可压缩性、阀口流量非线性等因素,难以采用传统气动力理论计算公式准确预测高压大流量气动力比例阀的稳态气动力,为此基于三维N-S方程,采用计算流体动力学(CFD)方法研究稳态气动力的变化特性。结果表明,该气动比例阀工作过程中最大稳态气动力达到气压驱动力的30%,成为影响阀芯响应速度与控制精度的主要因素,且稳态气动力与阀口开度呈强非线性关系。另外为减小稳态气动力的阻力作用以减小动力能源的消耗,应优化内流道结构,实现节能目的。     

基于FLUENT的滑阀液动力补偿的研究

液动力是滑阀和阀腔的结构设计中考虑的关键因素之一。提出了一种在阀套上开圆弧型进出口流道的方法,对进出口处的油液进行导流,以达到减小液动力的目的。同时利用FLUENT软件分析该阀内流场,并与传统的直流道滑阀相比较,然后对改进后滑阀的液动力特性和阀口流量特性分析计算。该研究对滑阀的结构优化设计有一定的参考意义。     

Analysis of flow torques during opening and closing of high-frequency rotary directional control valve

A 2D high-frequency rotary directional control valve with a spool having two degrees of freedom for axial linear motion and circumferential rotation is proposed in this paper. The axial linear motion decides the maximum orifice area, and the circumferential rotation lets the orifice area change continuously. One of the known elements impacting valve function is the flow force. This paper systematically analyzes the steady and transient flow torques subjected to the valve through theoretical analysis, AMESim-Fluent joint simulation and experimental tests. The results show that: under a single variable, the flow torques of the 2D high-frequency rotary directional control valve initially increase and then decrease like the sinusoid curve with the rotation of the spool and reach the maximum when the orifice opening is 1/2, and the flow torques are always in the direction of orifice closing and want to close the orifice. When the orifice area increases, the flow torques are the resistance, preventing the spool from opening; when the orifice area decreases, the flow torques are the power, pushing the spool to close. The steady flow torques are proportional to the pressure drop. The direction of the transient flow torque is independent of the relative position of the spool groove and sleeve window, which proportional to the square root of the pressure drop, orifice area and rotational speed. The flow torques are so important in the control of valve and can not be negligible.     

基于动网格的液压滑阀流固耦合分析

采用基于动网格的流固耦合分析方法,建立了液压滑阀开启过程的三维动态数值分析模型,计算阀芯在驱动力、流体力和弹簧力共同作用下的运动分布、应力变化和形变。结果表明:提供一种分析液压滑阀开启过程的数值仿真方法,阀芯在开启完毕达到稳态后仍有小幅振动;阀芯的径向形变主要发生在阀杆上,且变形量随时间产生小幅波动;阀芯由于油液的冲击在入口处产生较大变形并在台肩与阀杆连接处产生应力集中,采用CFD方法得到的液压滑阀运动分布、应力变化、形变和理论值的误差在可以接受的范围内,证明了仿真的可靠性。     

Flow analysis of a switching valve with innovative poppet head geometry by means of CFD method

The article presents an analysis of flow through a differential switching valve installed inside a throttle-check valve block. The valve is mounted in a sandwich type arrangement together with a control valve according to ISO 4401 standard. This type of block arrangement is popular and commonly used in hydraulic drive systems. The development of a typical throttle-check valve using a differential switching valve makes it possible to add a secondary fluid stream and thus increase the inflow rate to an actuator, which is particularly important in fixed-delivery pump systems. Due to the limited range of valve dimensions and the need to adapt flow paths to connection ports, channels of complex geometry are made inside the valve block. Therefore, the main aim of the work was to properly profile geometry of the differential switching valve spool in order to obtain a smooth opening in the entire displacement range. A 3D model of flow paths was built and CFD analysis was carried out. The obtained results of numerical simulations have been confirmed experimentally on a test bench. The CFD analysis allowed values of velocity and pressure profiles as well as axial flow force acting on the spool to be determined. The proposed new shapes of the spool head geometry significantly increase the spool head operating range. Although flow rate in the initial phase of switching valve opening was reduced, the amplitude of fluid flow fluctuations also decreased.     

节流口结构对超高压插装阀液流特性的影响

超高压是液压系统未来发展的方向之一,因此分析超高压液压元件的性能非常重要。针对DN25超高压插装阀3种不同阀芯节流口结构的液流特性进行了分析。以Fluent软件为平台,建立了3种不同节流口结构的DN25超高压插装阀流场有限元模型,结合阀口的节流特性分析了流体的速度场和压力场,得到了不同阀口开度下的流量以及阀芯所受液压力,为超高压插装阀结构设计提供了理论基础。     

液压比例阀阀芯V形槽口的CFD解析

带V形槽口的滑阀阀芯在比例阀中应用非常广泛,槽口结构对阀开启过程中的比例特性和作用在阀芯上的液动力影响很大.运用CFD解析方法对带V形槽口的液压滑阀阀腔内的流场进行求解,得到不同开口度对应的流量和液动力.分析解析结果可知:应该用稳态计算求解通过阀口的流量和作用在阀芯上的稳态液动力,用移动网格技术结合瞬态计算求解瞬态液动力.     

直喷式柱型液压阀流体稳态力的研究

流体在通过喷式柱型液压控制阀阀芯时，阀内形状的变化使流体的运动量发生变化。在进行液压传动的位置，速度及力的高精度，产生的流体车轴向力对阀的动态控制及特性产生了影响，使阀产生振动，控制阀的电磁力增大，液压控制系统的精度降低，系统发生误操作等现象。为了降低阀内液动力提高阀控能力，对阀内形状进行了改进，建立了流体数值模型，应用边界元进行了数值仿真，并通过实验进行了验证，取得了较为理想的结果。